Donkel Matière

Als Donkel Matière bezeechent een an der physikalescher Kosmologie déi Matière, déi zewéineg visuellt Liicht oder aner elektromagnéitesch Stralung ausstraalt oder reflektéiert, fir direkt observéiert ze sinn. Déi Eegenschaft deelt déi Donkel Matière mat der Donkeler Energie. Donkel Matière mécht sech duerch gravitativ Wiessselwierkung mat visueller Matière bemierkbar. En Hiwäis op hir Existenz liwwert d'Miessung vun der Vitess, mat där siichtbar Stären den Zentrum vu Galaxien ëmkreesen. An de baussenzege Beräicher ass se däitlech méi héich, wéi een et eleng wéinst der Gravitatioun, vun der visueller Matière a Form vu Stären, erwaarde kéint.

Donkel Matière: Den Ënnerscheed tëscht der gemoossener an der erwaarter Ëmlafvitess vun de Stären an eiser Galaxie léisst sech am Kader vun de bekannte Gravitatiounsgesetzer nëmmen erklären, wann een unhëlt datt et eng zousätzlech, net siichtbar „Donkel Matière“ gëtt.

D'Natur vun der Donkeler Matière ass eng vun de wichtegsten oppene Froe vun der Kosmologie.

Existenz a Bedeitung

Nom drëtte Kepler-Gesetz an de Gravitatiounsgesetzer misst d'Rotatiounsvitess vun de baussenzege Beräicher vun de Galaxien ofhuelen. Si bleift awer konstant oder klëmmt souguer nach, kuckt Rotatiounsbou. Dat léisst unhuelen, datt et an der Galaxie eng Mass gëtt, déi net a Form vu Stären, Stëbs oder Gas visuell ass, eeben déi Donkel Matière.

Hir Existenz gëllt bis elo als net nogewisen, gëtt awer nieft der Galaxiërotatioun nach duerch eng grouss Zuel vun astronomeschen Observatioune wéi d'Dynamik vu Galaxiëkéip an de Gravitatiounslënseneffet virgeschloen, déi – op Basis vun den unerkannte Gravitatiounsgesetzer – eleng duerch déi visuell Matière net erkläerbar sinn. Der donkeler Matière gëtt eng wichteg Roll bei der Strukturformung am Universum a beim Galaxienopbau zougeschriwwen. Miessungen am Kader vum Standardmodell vun der Kosmologie leeën et no, datt den Undeel vun der Donkeler Matière un der ganzer Mass am Universum véier- bis fënnefmol sou héich ass wéi dee vun der gewéinnlecher (visueller) Matière.

Observatiounsgeschicht

Gravitatiounslëns: D'Verzerrung vum Liicht vun enger Galaxie déi wäi ewech ass, geschitt duerch d'Mass an engem Galaxiëkoup vir am Bild. Aus der Verzerrung léisst sech d'Masseverdeelung bestëmmen an dobäi trëtt eng Ënnerscheeds tëscht observéierter Matière a bestëmmter Mass op.

Den hollänneschen Astronom Jan Hendrik Oort hat 1932 erausfonnt, datt d'Déckt vun der Mëllechstroossescheif méi kleng ass, wéi hien aus der Gravitatioun vun observéierte Stären erkläre konnt.

Ongeféier gläichzäiteg hat de Schwäizer Physiker an Astronom Fritz Zwicky 1933 bemierkt, datt de Coma-Koup (e Galaxiëkoup, mat iwwer 1000 Eenzelgalaxien, mat grousser Streeung vun den Eenzelvitessen an enger mëttlerer Distanzvitesse vu 7.500 km/s) net duerch d'Gravitatiounswierkung vu senge visuelle Bestanddeeler (am Weesentleche vun de Galaxiëstären) eleng zesummegehale gëtt. Hien hat festgestallt, datt dat 400-facht vun der visueller Mass noutwendeg wier, fir de Koup gravitativ zesummenzehalen. Seng Hypothees, datt déi feelend Mass a Form vun Donkeler Matière gëtt, wat an der Fachwelt op breet Ofleenung gestouss ass.

D'Analys déi d'Vera Rubin zanter 1960 vun den Ëmlafvitesse vu Stären an de Spiralgalaxië gemaach huet, weist och déi selwecht Problematik op: D'Ëmlafvitess vun de Stäre misst wann den Ofstand zum Galaxienzentrum méi grouss gëtt, méi niddreg sinn, wéi se tatsächlech ass. Zanterhier gouf d'Donkel Matière eescht geholl an opgrond vun detailléierten Observatiounen a bal alle groussen astronomesche Systemer ugeholl.

Mat der Duerchféierung vu groussraimege Duerchmusterunge vu Galaxiëkéip a Galaxiësuperkéip gouf zousätzlech däitlech, datt déi Matièreskonzentratioun net eleng duerch déi visuell Matière bewierkt konnt ginn. Vun der visueller Matière ass einfach ze wéineg do, fir duerch Gravitatioun d'Dichtkontraster ze formen. Kuckt dozou och Sloan Digital Sky Survey a Struktur vum Kosmos.

Vergläichend Observatioune vum Gravitatiounslënseneffet, der Galaxienverdeelung an der Röntgenemissioun am Bullet-Cluster am Joer 2006 stellen dee bis elo stäerksten Hiwäis op d'Existenz vun Donkeler Matière duer.

Méiglech Forme vun Donkeler Matière

An der Deelerchersphysik gi verschidde Kandidate als Bestanddeel vun der Donkeler Matière diskutéiert. En direkte Nowäis am Laboratoire ass bis elo net gegléckt, soudatt d'Zesummesetzung vun der Donkeler Matière als onbekannt bestoe bleift.

Baryonesch Donkel Matière

All follgend Méiglechkeete vu baryonescher Donkeler Matière stinn am Widersproch zu der Theorie vun der primordialer Nukleosynthes.

Kale Gas

Well waarme Gas ëmmer Stralung emittéiert, bleift als éischt Méiglechkeet fir Donkel Matière nëmme kale Gas iwwereg. Géint déi Hypothees schwätzt d'Tatsaach, datt sech kale Gas (ënner bestëmmten Ëmstänn) duerchaus oppwierme kann a selwer fir déi riseg Gasquantitéiten net déi notwendeg Mass opbrénge kann.

Kal Stëbswolleken

Eng änlech Léisung stellt déi méiglech Existenz vu kale Stëbswolleken duer, déi wéinst hirer niddreger Temperatur net stralen an domat net siichtbar wieren. Allerdéngs géife si d'Liicht vu Stären zeréckwerfen an domat am Infraroutberäich siichtbar sinn. Ausserdeem wiere sou grouss Stëbsquantitéiten néideg, datt si d'Gebuert vun de Stäre beaflosst hätten.

MACHOs

Eescht Kandidate ware Brong Zwergen, déi och MACHOs (Massive astrophysical compact halo objects, lëtzb. ‚Massiv astrophysikalesch kompakt Halo-Objeten) genannt ginn. Et handelt sech dobäi ëm een Typ vun Himmelskierper, an deenen den Drock sou kleng ass, datt keng Kärfusiounen entstoe kënnen, soudatt se net siichtbar sinn. Wann e MACHO allerdéngs genee virun engem Stär steet, da verstäerkt hien als Gravitatiounslëns deem seng Stralung. Sou Observatioune goufen tëscht der Äerd an der Grousser Magellanescher Wollek gemaach. Et geet een haut awer dovun aus, datt MACHOen nëmmen e klengen Deel vun der Donkeler Matière ausmaachen.

Net-baryonesch Donkel Matière

Waarm Donkel Matière (HDM)

Neutrinoen hu laang Zäit als noleiend Kandidate fir waarm donkel Matière gegollt. Allerdéngs ass hir maximal Mass net ausräichend, fir d'Phenomeen z'erklären. Géif déi Donkel Matière awer zum Groussdeel aus séieren, liichten Deelercher, d. h. gliddeger Donkeler Matière bestoen, hätt déi fir de Strukturéierungsprozess am Universum en Top-Down-Zenario zur Folleg. Dichtschwankunge wiere fir d'éischt op grousse Skale kollabéiert, et hätte sech fir d'éischt Galaxiëkéip, dann Galaxien, Stären asw. geformt. Observatioune léieren awer de Géigendeel. D'Altersbestëmmunge vu Galaxien hunn erginn, datt déi zum groussen Deel al sinn, wärend verschidde Galaxiëkéip grad eréischt am Opbau sinn. E Bottom-Up-Zenario, eng hierarchesch Strukturgenesis, gëllt als erwisen. Dofir ka gliddeg Donkel Matière héchstens e klengen Deel vun der ganzer Donkeler Matière ausmaachen.

Kal Donkel Matière (CDM)

Dës Variant ëmfaasst nach net observéiert Elementardeelercher, déi nëmmen der Gravitatioun an der schwaacher Wiesselwierkung ënnerleien, déi sougenannt WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, lëtzb.: ‚schwaach wiesselwierkend massiv Deelercher‘). WIMPs loosse sech mat enger hierarchescher Entwécklung vum Universum upassen. Dobäi ass momentan en Deelchen aus der Theorie vun der Supersymmetrie, d'LSP (liichtst supersymmetrescht Deelchen), am Gespréich. Jee no Mass vum LSP gëtt et vielläicht méiglech, et am neien Deelchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) vum CERN ze produzéieren an nozeweisen.

Kuckt och

Portal Astronomie

• Prinzip vum Mach
• Millennium-Simulatioun
• Silk-Dämpfung

Literatur

• David B. Cline: Die Suche nach Dunkler Materie. In: Spektrum der Wissenschaft. 10, 5, Oktober 2003, S. 44–51.
• David B. Cline (Hrsg.): Sources and detection of dark matter and dark energy in the universe. Springer, Berlin u. a. 2001, ISBN 3-540-41216-6 (Physics and astronomy online library).
• Ken Freeman, Geoff McNamara: In search of dark matter. Springer, Berlin u. a. 2006, ISBN 0-387-27616-5 (Springer Praxis books in popular astronomy).
• Dan Hooper: Dunkle Materie. Die kosmische Energielücke. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-2030-5 (Spektrum-Akademischer-Verlag-Sachbuch).
• H. V. Klapdor-Kleingrothaus, R. Arnowitt (Hrsg.): Dark matter in astro- and particle physics. Springer, Berlin u. a. 2005, ISBN 3-540-26372-1.
• Wolfgang Rau: Auf der Suche nach der Dunklen Materie. In: Sterne und Weltraum. 44, 1, 2005,S. 32–42.
• Robert H. Sanders: The Dark Matter Problem. A Historical Perspective. Cambridge University Press, Cambridge u. a. 2010, ISBN 978-0-521-11301-4.
• James Trefil: Fünf Gründe, warum es die Welt nicht geben kann. Rowohlt, Reinbek 1997, ISBN 3-499-19313-2.

Um Spaweck

Commons: Dunkle Materie – Biller, Videoen oder Audiodateien

• Das kosmologische Standardmodell auf dem Prüfstand Spektrum der Wissenschaft, August 2010 (PDF, 10 S., 314 KB)
• The DAMA Project
• Artikelsammlung zu Dunkler Materie und Weshalb gibt es Dunkle Materie? – Artikel von Welt der Physik
• ISSI Publikation: In Search of the Dark Matter in the Universe (PDF, englisch; 695 kB)
• MACHO’s sind out – Interview mit einem Dunkle-Materie-Forscher über Nachweismethoden und aktuelle Forschung, vom 29. Februar 2008