RE: Dunkle Materie ? - 2
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#16

RE: Dunkle Materie ?

in Quantenphysik: 06.03.2018 20:10
von Adamon • Nexar | 13.716 Beiträge

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...aterie20180209/

Forscher präsentieren neuen Ansatz zum Verständnis Dunkler Materie:


Röntgenaufnahme des ca. 240 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxienhaufens Perseus. Die von Galaxien und Galaxienhaufen ausgesendete Röntgenstrahlung gibt Astrophysikern nach wie vor zahlreiche Rätsel auf und könnte insbesondere Hinweise auf die mysteriöse Dunkle Materie liefern.
Copyright: NASA
Mainz (Deutschland) – Außer mit der Schwerkraft, soll sogenannte Dunkle Materie weder mit normaler Materie und selbst nicht mit dem Licht interagieren – aber dennoch rund 23 Prozent der Materie unseres Universums ausmachen. Bislang fehlt jedoch jeglicher direkte Nachweis ihrer Existenz und es gibt es trotz intensiver Suche keinerlei Anzeichen, um welche Teilchen es sich dabei handeln könnte. Statt die Dunkle Materie gänzlich in Frage zu stellen präsentieren Mainzer Physiker nun eine neue Theorie vor, deren Ausgangspunkt die Beobachtung ungewöhnlicher Röntgenstrahlung von Galaxien ist.



Wie Wissenschaftler um Prof. Dr. Joachim Kopp von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) aktuell im Fachjournal “Physical Review Letters” (DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.061301) und vorab via ArXiv.org berichtet, schlagen sie vor, die mysteriösen “dunklen” Partikel an einer ganz anderen Stelle zu suchen als bisher: Geeignete Kandidaten wären demnach keine sehr schweren Teilchen, wie bislang oft vermutet, sondern im Gegenteil extrem leichte Teilchen – fast hundert Mal leichter als ein Elektron.

“Die Existenz Dunkler Materie wird vorwiegend damit begründet, dass die Rotation von Sternen um das Zentrum ihrer Galaxie ansonsten nicht wie beobachtet erfolgen könnte”, erläutert die Pressemitteilung der Universität und fphrt dazu weiter aus: “Einer der besonders favorisierten Kandidaten für Dunkle Materie ist das sog WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), nach dem zum Beispiel im italienischen Untergrundlabor Gran Sasso gesucht wird. Aber neuere Publikationen aus der Astroteilchenphysik stellen die WIMPs zunehmend in Frage.” Auch die Autoren der Mainzer Studie sehen sich momentan verstärkt nach Alternativen um.

Kopp ist mit seinen Kollegen Vedran Brdar, Jia Liu und Xiao-Ping Wang einer Beobachtung nachgegangen, die 2014 von unabhängigen Gruppen berichtet wurde: “Am Himmel zeigte sich an verschiedenen Stellen eine bisher unbekannte Spektrallinie im Röntgenbereich bei einer Energie von 3,5 Kiloelektronenvolt (keV). Diese ungewöhnliche Röntgenstrahlung von Galaxien und Galaxienhaufen könnte ein Hinweis auf Dunkle Materie sein. Dieser Zusammenhang ist an sich nicht neu, denn es wurde früher schon in Erwägung gezogen, dass Dunkle Materie zerfällt und dabei Röntgenstrahlung aussendet.” Die Gruppe um Joachim Kopp verfolgt jedoch einen anderen Ansatz.

Anstelle von Zerfall haben die Wissenschaftler ein Szenario durchgerechnet, bei dem zwei Dunkle-Materie-Teilchen aufeinandertreffen und miteinander zerstrahlen, ein Prozess, der als Annihilation bezeichnet wird und beispielsweise auch beim Zusammentreffen eines Elektrons mit seinem Antiteilchen, dem Positron, stattfindet.

“Früher ist man davon ausgegangen, dass Paarvernichtung bei derart leichter Dunkler Materie nicht beobachtbar ist”, erklärt Kopp. “Wir haben unser neues Modell berechnet und mit experimentellen Daten verglichen, es passt alles viel besser zusammen als in älteren Modellen.”

Dunkle-Materie-Teilchen wären demnach sog. Fermionen mit einer Masse von nur wenigen Kiloelektronenvolt, häufig auch als “sterile Neutrinos” bezeichnet. Ein solches leichtes Teilchen gilt eigentlich als problematisch, weil es die Entstehung von Galaxien nicht hinreichend erklärt. “Diese Bedenken können wir ausräumen”, so Kopp und erklärt weiter: “Unser Modell hat einen eleganten Ausweg gefunden.”

Entscheidend sei zudem die Annahme, dass die Annihilation der Dunklen Materie ein zweistufiger Prozess ist: Es wird zunächst ein Zwischenzustand gebildet, der dann seinerseits in die beobachtete Röntgenstrahlung zerstrahlt. “Wir zeigen in unseren Berechnungen, dass sich die resultierende Röntgensignatur sehr gut mit den Beobachtungen deckt und damit eine neuartige Erklärung dafür bietet”.

Darüber hinaus sei das neue Modell so allgemein, dass es auch dann einen interessanten Ansatz für die Suche nach Dunkler Materie liefern würde, falls die 2014 entdeckte Spektrallinie andere Ursachen hat.

Schon jetzt arbeiten theoretische und experimentelle Physiker der JGU arbeiten aktuell an dem vorgeschlagenen ESA-Projekt “e-ASTROGAM” mit, das astrophysikalische Röntgenstrahlung mit bisher unerreichter Genauigkeit untersuchen könnte.

WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
Auch Satellitengalaxien um Centaurus A stellen Konzept der Dunkler Materie in Frage 7. Februar 2018

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#17

RE: Dunkle Materie ?

in Quantenphysik: 16.05.2018 13:06
von Adamon • Nexar | 13.716 Beiträge

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...aterie20180329/

Hubble entdeckt erste Galaxie im nahen Universum gänzlich ohne Dunkle Materie:


Hubble-Aufnahme der „durchsichtigen“ Galaxie NGC 1052-DF2, in der es keine Dunkle Materie zu geben scheint.
Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.
Copyright: NASA, ESA, and P. van Dokkum (Yale University)
New Haven (USA) – Ein internationales Astronomen-Team hat mit dem Weltraumteleskop „Hubble“ erstmals eine Galaxie in unserer kosmischen Nachbarschaft entdeckt, in der es kaum bis gar keine Dunkle Materie zu geben scheint. Damit widerspricht die Existenz dieser Galaxie den bisherigen Theorien zur Galaxienentstehung.

Wie das Team um Pieter van Dokkum von der Yale University aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/nature25676) berichtet, befindet sich die Galaxie 65 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Obwohl sie deutlich größer ist als unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, beinhaltet sie zugleich jedoch 250 Mal weniger Sterne und wird deshalb als eine sehr diffuse Galaxie (engl. ultra diffuse galaxy, UDG) kategorisiert.

„Dieses Ding ist wirklich erstaunlich: Ein gigantischer Flecken, in dem es so wenige Sterne gibt, dass man hindurch dahinterliegende Galaxien sehen kann (s. Abb.)“, zeigt sich Dokkum erstaunt.

Anhand von Vermessungen der Galaxienmasse, stellten die Astronomen fest, dass NGC 1052-DF2 selbst eine Masse aufweist, die in etwa der ihrer eigenen Sterne entspricht. Damit besitzt die Galaxie rund 400 Mal weniger Dunkle Materie als dies für eine Galaxie dieser Masse eigentlich vorhergesagt wird. „Möglicherweise könnte sie sogar überhaupt keine Dunkle Materie besitzen“, so die Autoren des Fachartikels.

Eine Galaxie ohne Dunkle Materie wird jedoch von keiner bekannten Theorie zur Verteilung von Dunkler Materie und ihrem Einfluss auf die Galaxienentstehung vorhergesagt: „Dunkle Materie wird für gewöhnlich als wesentlicher Bestandteil aller Galaxien betrachtet. Sie ist sozusagen der Klebstoff, der Galaxien zusammenhält und bildet das zugrundeliegende Gerüst der Galaxienentstehung“, erläutert die Mitautorin der Studie Allison Merritt von der Yale University und dem Max-Planck-Institut für Astronomie und führt dazu weiter aus: „Diese unsichtbare, mysteriöse Substanz gilt bei Weitem als der dominierende Aspekt einer jeden Galaxien. Der Umstand, dass wir nun eine Galaxie gänzlich ohne Dunkle Materie entdeckt haben kommt absolut unerwartet und stellt die Standardideen darüber wie Galaxien überhaupt funktionieren in Frage.“

Wie die Wissenschaftler weiter erläutern, gibt es bislang keine Theorie, die einen solchen Galaxientypus vorhersagt oder erklärt, wie sie überhaupt entstehen könnten. Zugleich wiederspreche die Existenz einer solchen Galaxie aber auch jenen Theorien, die das Universum ohne Dunkle Materie zu erklären versuchen: „Die Entdeckung von NGC 1052-DF2 zeigt lediglich, dass Dunkle Materie auf irgendeine Weise auf von Galaxien getrennt sein kann. Das wiederum ist nur dann zu erwarten, wenn Dunkle Materie an gewöhnliche Materie einzig und alleine durch die Schwerkraft gebunden ist.“

Wenn natürlich noch spekulativ, so haben die Forscher aber zugleich auch schon Ideen formuliert, die die fehlende Dunkle Materie in NGC 1052-DF2 erklären können: So könnte es beispielsweise zu kataklysmischen Ereignissen wie der Geburt mehrerer massereicher Sterne gekommen sein, die sämtliche Gase und Dunkle Materie hinweggefegt haben. Auch könnte die nahegelegene elliptische Galaxie NG 1052 vor Jahrmilliarden eine Rolle im Mangel an Dunkler Materie in NGC 1052-DF2 gespielt haben.

Dennoch, so gestehen auch die Autoren der Studie abschließend ein, könne all dies noch nicht erklären, wie NGC 1052-DF2 überhaupt entstanden sei. Um diese Frage zu klären, suchen die Astronomen schon jetzt nach weiteren, an Dunkler Energie armen Galaxien.

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