Was lässt sich über Dunkle Materie sagen?
Das Wort Dunkle Materie steht für eine Gravitationsquelle, deren Natur wir noch nicht kennen.Über dieses Statement hinaus gibt es nur Vermutungen – aber nichts Belegbares. Selbst die Annahme, dass es sich um Materieteilchen handeln müsse, die keine Photonen aussenden, ist bisher durch nichts beweisbar.
Der Wissenschaftskritiker Alexander Unzicker schreibt (auf Seite 162 seines Buches Auf dem Holzweg durchs Universum — Warum die Physik sich verlaufen hat):
-
Die Standardkosmologie steht und fällt mit dem Konzept der
Dunklen Halos, in die im Laufe der Zeit angeblich leuchtende Materie eingewandert ist.
Nun gibt es aber nicht einen einzigen Hinweis darauf, dass die Halos aus Dunkler Materie wirklich existieren — außer dem, dass eine Scheibengalaxie allein mit dem herkömmlichen
Gravitationsgesetz ihre Form nicht aufrecht erhalten kann.
Der italienische Galaxienforscher Luciano Pietronero drückt es pointiert, aber absolut zutreffend so aus:
der Unterschied zwischen Theorie und (vermeintlichem) Beobachtungsergebnis.
Nebenbei: Unzickers Quellenangabe hierzu — ArXiv.org/abs/1108-3485 — führt ins Leere:
ArXiv kennt nun plötzlich weder ein Dokument mit dieser Nummer noch andere Artikel von Pietronero. Warum hat man seine Papiere entfernt?
Sollten Fachkollegen ihm nicht mehr trauen, fände ich es schon seriöser, man würde ihre Kritik seinen Papieren anfügen (statt sie einfach verschwinden zu lassen).
Unzicker schreibt weiter:
- Forscher, die das angeblich nur zu vier Prozent sichtbare Universum sorgfältig beobachten, werden zunehmend gegängelt von der Mehrheit,
die mit dem unsichtbare Rest in Ruhe jonglieren will.
Note: Wem ArXiv verschlossen bleibt, kann seine Beiträge ins konkurrierende viXra einstellen.
Dass sich dort dann leider auch Fragwürdiges findet, muss zunächst in Kauf genommen werden.
Aber sei das nun wie es sei: Bis heute kann uns niemand sagen, was genau » Dunkle Materie « denn wirklich ist — Vermutungen mal ausgenommen —, und so steht dieses Wort ja eben doch nur für die Tatsache, dass man mehr Wirkung von Gravitationskraft beobachtet als sichtbare Materie auf Basis
von Einsteins Gravitationstheorie sie erklären kann. Was also verursacht jene — heute auf 3 Wegen offenbar schon gut quantifizierte — zusätzliche Gravitation, wenn wir davon ausgehen, dass Newtons Formel und Einsteins Theorie auf kosmischer Skala sehr genau sind?
Nach Lisa Randall (2015) gilt:
Obgleich wir sicher sind, dass es sie gibt, wissen wir bisher nicht, was Dunkle Materie denn eigentlich ist. Was wir über sie wissen, erschöpft sich in folgenden Aussagen:
- Wir kennen ihre durchschnittliche Energiedichte im Kosmos (ableitbar aus der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung),
- wir kennen ihre Dichte in unserer Nähe (ableitbar aus der Geschwindigkeit der um das Zentrum der Milchstraße kreisenden Sterne),
- und wir wissen, dass Dunkle Materie "kalt" ist, d.h. sich deutlich langsamer als Licht bewegt (dies ergibt sich aus der Beobachtung wenig ausgedehnter Strukturen im Kosmos).
- Sie scheint weder mit gewöhnlicher Materie noch mit sich selbst zu interagieren
und trägt keine elektrische Ladung (letzteres zeigen Ergebnisse der Vermessung der Form des Bullet-Haufens).
- Merkwürdig ist: Trotzdem viele Galaxien flache, rotierende Scheiben darstellen, sind auch sie eingebettet in einen kugelförmigen Halo aus Dunkler Materie.
Was genau kann das bedeuten?
[Es müsste doch eigentlich mindestens bedeuten, dass Dunkle Materie nicht aus MACHOs bestehen kann, d.h. aus nicht strahlenden Objekten gewöhnlicher Materie (wie etwa Neutronensternen und Braunen Zwergen). Warum hat diesen Schluss bisher niemand gezogen?]
Nicht ganz ausschließen wollte man zunächst, dass Dunkle Materie aus den Resten noch nicht vollständig verdampfter primordaler Schwarzer Löcher bestehen könnte. Das aber sei inzwischen (2024) als nicht möglich erkannt worden.
Schwarze Löcher mit einen Schwarzschild-Radius von nur 10-13 Zentimetern hätten immerhin schon eine Masse von 1 Milliarde Tonnen [SL].
Andererseits: Was gegen MACHOs spricht (s.o.), spricht natürlich auch gegen Schwarze Löcher.
Kann man sich nicht auch fragen:
J e d e Ansammlung von Energie — keineswegs nur Materie — erzeugt Gravitationspotential. Warum also nicht auch virtuelle Materie? Sie besteht aus extrem kurzlebigen Elementarteilchen, die paarweise durch Quantenfluktuation entstehen, aber eben n i c h t beobachtbar sind: Sie existieren ja nur allzu kurz, um Licht abzustrahlen.
Wenn man nun also annimmt, dass Quantenfluktuation dort besonders heftig auftritt, wo starke Gravitationsfelder wirken, scheint es mir nicht ausgeschlossen, dass sich auch durch v i r t u e l l e Materie dort erzeugte Gravitationskräfte zu etwas durchaus Relevantem aufaddieren.
- Kann dieses Argument jemand entkräften?
(hier eine erste Antwort)
- Vielleicht sollte man sich auch fragen, ob die Intensität von Quantenfluktuation als Feld in der Raumzeit wirklich ein konstantes Feld darstellt.
Gibt es Belege dafür?
In diesem Zusammenhang stellt sich auch die interessante Frage, ob die Gesamtenergie der Raumzeit im Sinne des Energie-Erhaltungssatzes die Vakuumenergie mit beinhaltet. Paul Davies und Edward R. Harrison — beides Kosmologen — argumentierten schon in den 80-er Jahren, dass man die Expansion des Raumes als Energiequelle sehen müsse. [E]
Nochmals nachgefragt: Ist, was hier oder hier gesagt wird, richtig? Ist es Konsens? Wenn ja, wie passt das dann zu Hawkings Aussage "... wird der eine Partner in einem Teilchen-Antiteilchen-Paar positive und der andere negative Energie besitzen" (zitiert aus seinem Buch Eine kurze Geschichte der Zeit)?
Note: Wenn ich oben sage, dass virtuelle Teilchen nicht lange genug leben, um Licht abzustrahlen, könnte jemand auf die Idee kommen, zu fragen, wieso sie dann Zeit haben sollen, Gravitoren abzugeben.
Meine Antwort darauf: Gravitonen gelten als die Energieportionen, die sich als Gravitationswellen ausbreiten. Hier sehe ich eine Parallele zum elektromagnetischen Potentialfeld: Es existiert, sobald man bewegte Ladungen hat, aber Photonen — Lichtwellen — entstehen dennoch erst, wenn solche Ladungen b e s c h l e u n i g t werden.
Sollten die Physiker Recht bekommen, die vermuten, dass alle 4 Grundkräfte — als Potentialfeld auftretend — nur unterschiedliche Erscheinungsformen einer einzigen Grundkraft sind, so muss man solche Analogie zwischen Photonen und Gravitonen doch geradezu erwarten. Mehr noch: Könnte es nicht sein, dass sämtliche Bosonen erst entstehen, wenn das sie abgebende Fermion beschleunigt wird? Dass die im September 2015 für eine halbe Sekunde beobachteten Gravitationswellen durch den Zusammenstoß zweier Schwarzer Löcher zustande kamen, scheint diese These zu stützen.
Siehe auch:
- Beweis für die Existenz Dunkler Materie (1998)
- Dunkler Bruder der Milchstraße
- Bisherige Versuche, Dunkle Materie zu erklären (2012)
- Könnte Dunkle Materie Summe primordaler Schwarzer Löcher sein? (2020)
- Der bisher interessanteste Erklärungsversuch: Farbneutrale Quarkscluster, die noch älter als Nukleonen sein könnten. Sie wären WIMPs.
- Vermutungen über Dunkle Materie
Definiert man Dunkle Materie als Materie, die keine elektromagnetische Strahlung abgibt, so muss man auf jeden Fall Neutrinos als Dunkle Materie bezeichnen.
Gleiches gilt für Schwarze Löcher. Da sie — vor allem, wenn zahlreich und nicht allzu groß — nur schwer zu entdecken sind, könnten sie viel zur gesamten Menge dunkler Materie beitragen. Und schwer entdeckbar sind ja sogar sehr große Schwarze Löcher: Lies Supermassive black holes may be lurking everywhere in the universe.
Die naheliegende Vermutung, dass Dunkle Materie vor allem aus einer großen Zahl überall vorhandener extrem kleiner Schwarzer Löcher bestehen könnte, gilt als widerlegt. /m 2018
- Man kommt der Lösung näher (2017)
- Stand der Erkenntnis (2015) und eine Beobachtung aus 2015
- Stand der Erkenntnis — besonders ausführlich dargestellt
- Stand der Erkenntnis — treffend auf den Punkt gebracht
- Eine noch andere Theorie Dunkler Materie
- Verlindes radikal anderer Versuch, Gravitation und Dunkle Materie zu erklären (2016)
- Neuer Lösungsvorschlag (2018)
- Noch ein Lösungsvorschlag (2019): Auch Photonen erzeugen Gravitation
- Sind sog. dunkle Photonen — bisher unbekannte Vektorbosonen — die Lösung? (2019:
NA64)
- Was Astronomen uns zeigen ...
und wo sie denken,- Verklumpung dunkler Materie beobachtet zu haben (2020)
- die dunkle Materie der Milchstraße nun recht genau quantifiziert zu haben (2014)
- dunkle Materie tatsächlich zu sehen (2007)
- bzw. per Simulation nachgewiesen zu haben (2012 mit, wie sie meinen, "90-prozentiger Sicherheit")
- Ein weiteres Simulationsergebnis
- Beobachtungen, die gegen die Existenz Dunkler Materie sprechen ... /aber...
- Neue Hinweise auf noch viel Unverstandenes (entdeckt 2013)
- Noch weitere Zweifel ...
- Was Abell 3827 den Forschern nahelegt ...
- 2017 entdeckt: Frühe Galaxien enthalten wenig Dunkle Materie – Warum nur?
- Galaxien [aber nicht alle, wie man seit 2018 weiß] werden heute von Dunkler Materie dominiert. Dass dies nicht immer so war, zeigen neue Beobachtungen von Galaxien in der Frühphase des Kosmos.
- Die Vermutung, dass Dunkle Materie aus zahlreichen noch existierenden primordalen Schwarzen Löchern bestehen könnte, widerlegt eine Entdeckung aus 2018:
eine Gravitationslinse, welche einen Stern 9 Mrd. Lichtjahre von uns entfernt für uns sichtbar macht.
- Pauldrachs Theorie: Dunkle Materie besteht aus Anti-Higgs-Bosonen — Peer Review noch nicht abgeschlossen,
/m
- Wie Thomas Görnitz sich Dunkle Materie zu erklären versucht /2020
- Der 2021 aktuelle Stand unseres — bisher rein spekulativen — Wissens über Dunkle Materie wird gut erklärt in Sabine Hossenfelders Vortrag.
Ich, Gebhard Greiter, muss zugeben, dass ich von Modified Newtonian Gravity (MOND) rein gar nichts halte. Diese Theorie scheint mir – ihrer Qualität nach – gut vergleichbar mit der Theorie der Epizyklen aus dem Mittelalter: Sie konnte Beobachtungsergebnisse (die Bahnen der Planeten, wie wir sie von der Erde aus sehen) erstaunlich genau erklären, hat sich aber dennoch als falsch erwiesen. Sie war um Welten komplexer als die dann ganz einfache Newtonsche Theorie.
Ich würde mir wünschen, dass die Astrophysiker versuchen würden, zu quantifizieren, wie sich der Prozentsatz Dunkler Materie in sehr alten Regionen des Weltalls vergleicht mit dem in z.B. unserer Lokalen Gruppe. Mein Verdacht nämlich ist, dass die Dichte Dunkler Materie korrelliert sein könnte mit der Zahl der Supernovae, die in einer betrachteten Region des beobachbaren Universums schon stattgefunden haben. Jede Supernova nämlich zerstört lokal, was Gravitation an Verklumpung von Gas und Staub schon hat schaffen können und erhöht in einer wirklich großen Umgebung des explodierten Sterns die Zahl der "Staubteilchen" großer Granularität (= Gesteinsbrocken, welche die Macht der Explosion eines Sternes in seine Umgebung geblasen hat: Solche Reste zerfetzter Sterne und Planeten leuchten nicht und sind als Staubwolken zu dünn, als dass sie verdecken könnten, was sich hinter ihnen findet).
Mit anderen Worten: Würde man feststellen, dass der Prozentsatz Dunkler Materie für weit von uns entfernte (und daher jüngere) Galaxiencluster kleiner ist als für uns nahe liegende, wäre das ein starker Hinweis darauf, dass Dunkle Materie eben doch ganz normale, nicht leuchtende Materie ist bestehend aus dünnen, da weiträumig verstreuten Wolken von Gesteinsbrocken, wie Supernovae sie ja wohl zur Folge haben können.
Erstaunlicher Weise scheint man 2017 die von mir hier vermutete Entdeckung schon gemacht zu haben: https://www.spektrum.de/news/nur-wenig-dunkle-materie-in-fruehen-galaxien/1441360 - If the merging black holes recently discovered by LIGO/Virgo are of primordial origin, this would rule out the standard WIMP DM scenario.
Nach einer Darstellung des Albert-Einstein-Instituts gilt: Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass es sich bei einem Großteil der dunklen Materie um bislang noch nicht direkt nachgewiesene Elementarteilchen handeln dürfte, von den Physikern WIMPs getauft: Weakly Interacting Massive Particles, zu deutsch: massive Teilchen, die nur sehr schwach mit herkömmlicher Materie wechselwirken.
Ein ganz anderer Erklärungsversuch kommt aus der Stringtheorie: Die Theorie der D-Branen nämlich sieht unser Universum als Brane und sämtliche Teilchen des Standardmodells als Schwingungszustände von Strings, die in der Brane liegen, sie NICHT verlassen können und branenspezifische Eigenschaften haben. Nach dieser Theorie kann einzig und allein die Gravitationskraft branen-übergreifend wirken. Wenn das aber richtig ist, könnten die Gravitationskräfte, die uns Dunkle Materie vermuten lassen, von Energie bzw. Materie in benachbarten Branen ausgehen.
Wie Dieter Lüst in seinem Buch Quantenfische, dtv 2014, S. 337-350, darlegt, könnte sich so nicht nur Dunkle Materie erklären lassen sondern auch das sog. Hierachieproblem.
Wie das NASA/WMAP Science Team festgestellt hat, war dieses Verhältnis etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall ein noch ganz anderes. Damals galt:
Dunkle Materie darf nicht verwechselt werden mit Dunkler Energie — einem dem Raum innewohnenden Druck, welcher der Gravitationskraft entgegen wirkt:
Woher die sog. Dunkle Energie kommt, weiß man bis heute nicht. Ihrer gravitativen Abstoßungskraft wegen identifiziert man sie mit Einstein kosmologischer Konstante (ohne zu wissen, ob diese Größe wirklich seit Anbeginn unserer Welt denselben Wert hat; Einstein erfand sie, damit seine Feldgleichung ein statisches Universum beschreibt — dass es dem Raum möglich sein sollte, sich aufzublähen, konnte er damals noch nicht glauben).
Die heute in einem Qubikkilometer gespeicherte Dunkle Energie entspricht in etwa der Energie, die eine 60-Watt-Birne in einer 1/100 Sekunde verbraucht (immer unter der Voraussetzung, dass Dunkle Energie gleichmäßig im gesamten Raum verteilt ist).
Während Materie und Strahlung infolge der Expansion des Raumes in immer geringerer Dichte vorliegen werden, nimmt man an, dass Dunkle Energie stets in immer gleicher Konzentration gegeben war und auch in Zukunft gegeben sein wird (daher der Begriff » kosmologische K o n s t a n t e «).
Solche Konstanz vorausgesetzt wird der Raum immer schneller expandieren mit dem Effekt, dass er in etwa 500 Milliarden Jahren so verdünnt sein wird, dass sich dann nur noch unser Sonnensystem selbst innerhalb des Beobachtungshorizonts unserer Erde findet: Von keinem anderen Stern mehr kann Licht uns dann noch erreichen. [Natürlich ignoriert dieser Vergleich, dass es zu jener Zeit uns, unsere Erde, ja sogar unsere Sonne als leuchtenden Stern gar nicht mehr geben wird.]
Nebenbei: Das bisher genaueste Bild unseres Universums in seinem frühesten uns sichtbaren Stadium verdanken wir Daten, die der Forschungssatellit Planck gesammelt hat. Sie wurden 2003 veröffentlicht: siehe [PL] und [PL 2015].
Ein Ergebnis aus den Jahren 2020/2021 skizziert das diesem Link hinterlegte Video.
In 2023 ergab sich dann ein völlig neuer Aspekt: If Dark Matter comprises ultramassive particles, then according to cosmological simulations, there should be hundreds of satellite galaxies surrounding the Milky Way. However, despite intensive searches, only around fifty have been discovered so far. On the other hand, if Dark Matter comprises ultralight particles instead, then the theory of Quantum Mechanics predicts that galaxies below a certain mass simply cannot form owing to the wave interference of these particles, explaining why we observe a lack of small satellite galaxies around the Milky Way.'
Incorporating ultralight rather than ultramassive particles for Dark Matter resolve several longstanding problems simultaneously in both particle physics and astrophysics. We have reached a point where the existing paradigm of Dark Matter needs to be reconsidered. Waving goodbye to ultramassive particles, which have long been heralded as the favoured candidate for Dark Matter, may not come easily, but the evidence accumulates in favour of Dark Matter having wave-like properties as possessed by ultralight particles.
2024 : Neue Indizien für Entstehung Dunkler Materie aus Schwarzen Löchern + /Details dazu
2024: Deutliche Hinweise darauf, dass es Dunkle Materie gar nicht geben muss
Man hat bisher nämlich nicht mit berücksichtigt, dass die Zeit im Weltall nicht überall gleich schnell vergeht: Innerhalb großer Galaxien vergeht sie deutlich langsamer als in sog. Voids (da beschleunigt zu sein, z.B. durch Gravitation, den Lauf erlebter Zeit bremst).
The model suggests that a clock in the Milky Way would be about 35 per cent slower than the same one at an average position in large cosmic voids, meaning billions more years would have passed in voids since the Big Bang.
Wahrscheinlich also bedarf es gar keiner Theorie Dunkler Materie
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Eine Galaxie ohne Dunkle Materie
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Einstein Ringe scheinen zu zeigen, dass Dunkle Materie aus Axionen (statt WIMPs) besteht
2023 entdeckt: NGC 1277 – Die erste uns bekannte Galaxie ohne Dunkle Materie
2024: Es entsteht der Verdacht, dass es Dunkle Materie gar nicht geben muss
Hasinger (2024): Möglicherweise sind Schwarze Löcher und Dunkle Materie ein und dasselbe.