Donkel Matière

Als Donkel Matière bezeechent een an der physikalescher Kosmologie déi Matière, dat zewéineg visuellt Liicht oder aner elektromagnéitesch Stralung ausstraalt oder reflektéiert, fir direkt observéiert ze sinn. Déi Eegeschaft deelt déi Donkel Matière mat der Donkler Energie. Donkel Matière mécht sech duerch gravitativ Wiessselwierkung mat visueller Matière bemierkbar. En Hiwäis op hir Existenz liwwert d'Miessung vun der Vitesse, mat där siichtbar Stären d'Zentrum vu Galaxien ëmkreesen. An de baussenzege Beräicher ass si däitlech méi héich, wéi een et alleng op Grond vun der Gravitatioun, vun der visueller Matière a Form vu Stären, erwarde kënnt.

Donkel Matière: Den Ënnerscheed tëschent der gemoossener an der erwaarter Ëmlafvitesse vun de Stären an eiser Galaxis 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 Donkler Matière ass eng vun de wichtegsten oppene Froe vun der Kosmologie.

Existenz a Bedeitung

Nom drëtte Kepler-Gesetz an de Gravitatiounsgesetzer misst d'Rotatiounsvitesse 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 Galaxis eng Mass gëtt, déi net a Form vu Stären, Stëbs oder Gas visuell ass, eben déi Donkel Matière.

Hir Existenz gëllt bis elo als net nogewisen, gëtt awer niewent der Galaxiërotatioun nach duerch eng grouss Zuel vun astronomeschen Observatiounen wéi d'Dynamik vu Galaxiekéip an de Gravitatiounslënseneffet virgeschloen, déi – op Basis vun den unerkannte Gravitatiounsgesetzer – alleng duerch déi visuell Matière net erklärbar sinn. Der donkler 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 Donkler 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 Galaxis déi wäi ewech ass, geschitt duerch d'Mass an engem Galaxiekoup vir am Bild. Aus der Verzerrung léisst sech d'Masseverdeelung bestëmmen an dobäi trëtt eng Ënnerscheeds tëschent observéierter Matière a bestëmmter Mass op.

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

Ongeféier gläichzäiteg hat de Schwäizer Physiker an Astronom Fritz Zwicky 1933 bemierkt, datt de Coma-Koup (e Galaxiekoup, 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 Wiesentlechen vun de Galaxiëstären) alleng zesummegehale gëtt. Hien hat festgestallt, datt dat 400-facht vun der visueller Mass noutwendeg wier, fir de Koup gravitativ zesummenzehalen. Seng Hypothes, datt déi feelend Mass a Form vun Donkler Matière gëtt, wat an der Fachwelt op breet Ofleenung gestouss ass.

D'Analys déi d'Vera Rubin zënter 1960 vun den Ëmlafvitessen vu Stären an de Spiralgalaxië gemaach huet, weist och déiselwecht Problematik op: D'Ëmlafvitesse vun de Stäre misst wann den Ofstand zum Galaxienzentrum méi grouss gëtt, vill méi niddreg sinn, wéi se tatsächlech ass. Zënterhier 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 Galaxiekéip a Galaxiësuperkéip gouf zousätzlech däitlech, datt déi Matièreskonzentratioun net alleng 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 Donkler Matière duer.

Méiglech Forme vun Donkler Matière

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

Baryonesch Donkel Matière

All folgend Méiglechkeeten vu baryonescher Donkler 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 iwwreg. Géint déi Hypothes 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 ähnlech Léisung stellt déi méiglech Existenz vu kale Stëbswolleken duer, déi wéinst hirer niddreger Temperatur net stralen an domat net siichtbar wären. Allerdéngs géife si d'Liicht vu Stäre zréckwerfen an domat am Infraroutberäich siichtbar sinn. Ausserdeem wieren esou grouss Stëbsquantitéiten néideg, datt si d'Gebuert vun de Stäre beaflosst hätten.

MACHOs

Eescht ze huelend Kandidate waren Brong Zwerge, déi och MACHOs (Massive astrophysical compact halo objects, lëtzb. ‚Massiv astrophysikalesch kompakt Halo-Objete‘) genannt ginn. Et handelt sech dobäi ëm een Typ vun Himmelskierper, an deenen den Drock sou kleng ass, datt keng Kätfusioune passéiere kënnen, sou datt si net siichtbar sinn. Steet e MACHO allerdéngs genee virun engem Stär, sou verstäerkt hien als Gravitatiounslëns deem seng Stralung. Esou Observatiouune goufen tëschent der Äerd an der Grousser Magellanescher Wollek gemaach. Et geet een haut awer dovun aus, datt MACHOs nëmmen e klengen Deel vun der Donkler Matière ausmécht.

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'Phenomen z'erklären. Géif déi Donkel Matière awer zum Groussdeel aus séieren, liichten Deelercher, d. h. gliddeger Donkler Matière bestoen, hätt déi fir de Strukturéierungsprozess am Universum en Top-Down-Szenario zur Folleg. Dichtschwankunge wäre fir d'éischt op grousse Skale kollabéiert, et hätten sech fir d'éischt Galaxiekéip, dann Galaxien, Stären asw. geformt. Observatioune léieren awer de Géigendeel. D'Altersbestëmmunge vu Galaxien hunn erginn, datt déi zum groussen Deel al sinn, während verschidde Galaxiekéip grad eréischt am Opbau sinn. E Bottom-Up-Szenario, eng hierarchesch Strukturgenesis, gëllt als erwisen. Dofir ka gliddeg Donkel Matière héchstens e klengen Deel vun der ganzer Donkler Matière ausmaachen.

Kal Donkel Matière (CDM)

Dës Variant ëmfaasst nach net observéiert Elementardeelercher, déi nëmmen der Gravitatioun an der schwaacher Wiesselwiirkung ënnerleien, déi sougenannte WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, lëtzb.: ‚schwaach wiesselwiirkend 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 (liichtest supersymmetrescht Deelchen), am Gespréich. Je no Mass vum LSP gëtt et vielläicht méiglech, et am neien Deelchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) vum CERN ze produzéieren an nozeweisen.

Kuckt och

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

Portal Astronomie

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