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THEMA: Dunkle Materie & Schwarze Löcher

Dunkle Materie & Schwarze Löcher 30 03. 2020 23:12 #66881

Hallo ich bin neu hier und habe folgende Frage zur dunkler Materie und schwarze Löcher.

Ich habe mir zwei Sendungen von Harald Lesch angesehen:

„Harald Lesch • Baryonische und Dunkle Materie | Kosmologie (12)
Harald Lesch • Schwarze Löcher | Kosmologie (13)“

ich hab schon einiges vom guten Lesch gesehen von Alpha Centuri (alle 217 Sendung) bis heute U.W.L. Mir ist eines aber nie aus den Kopf gegangen. Wie kann es sein, dass sich dunkle Materie ansammelt ohne selber in sich zusammen zustürzen. Wenn ich richtig verstanden habe unterliegt doch die dunkle Materie ebenfalls der Gravitation, oder nicht? Und wenn dem so ist, muss sich doch dunkle Materie so schnell gegenseitig anziehen, weil sie ja keine Strahlung ab gibt und sich nicht aufheizen kann wie Wasserstoff im Universum. Könnten vielleicht viele stellare schwarze Löcher entstanden sein, durch in sich zusammen gestürzte dunkle Materie?

Weil von den stellaren schwarzen Löchern findet man ja immer mehr.
Vielleicht kann mir jemand diese Frage beantworten, die ich schon so lange suche und ewig in meiner Birne umher schwirrt?

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 31 03. 2020 00:39 #66885

Mondriten schrieb: ohne selber in sich zusammen zustürzen

Das Problem ist, dass die DM zB wenn sie von der Erde angezogen wird, nicht auf die Oberfläche knallt und dann liegen bleibt, sondern vermutlich einfach durch die Erde hindurchgeht und auf der anderen Seite mit exakt der selben Geschwindigkeit wieder herauskommt wie sie hineingegangen ist. Genauso wie wir es bei Neutrinos beobachten.
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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 31 03. 2020 07:09 #66890

Hallo Mondriten,

ich bin zwar kein Freund der DM aber hier mal die Erklärung zu deiner Frage.

DM nimmt an der Gravitation teil, da diese Ruhemasse hat. Wie Du richtig bemerkt hast, gibt DM keine elektromagnetische Strahlung ab.
Genau da liegt das Problem.
Baryonische Materie kann durch Strahlung abkühlen und eine immer größere Dichte erreichen. Die Dichte kann so hoch werden, dass auch ein Schwarzes Loch entstehen kann.
DM kann sich nicht abkühlen und kommt daher aus "eigener" Gravitationskräfte nicht über eine gewisse Dichte nicht hinaus. Versuche mal ein heißes Gas zusammen zu drücken. Dann wird das Gas noch heißer und der Druck steigt. Bei der DM ist dies auch so. Die Energie ist groß, die Gravitation (eine sehr schwache Kraft) kann diese DM-Teilchen damit nur bis zu einem bestimmen Dichte zusammen halten.
Schwarze Löcher können damit nur aus der normalen Materie heraus entstehen. DM kann aber als Saat Keim dazu dienen, dass sich die normale Materie schneller verklumpt. Wenn das SL da ist, füttert die DM das SL auch mit.
Bei einem Planeten passiert das, was ra-raisch beschrieben hat
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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 01 04. 2020 20:38 #66905

Servus Mondriten.

Ich verstehe deine Frage so: Du gehst davon aus, dass es auch Sterne aus Dunkler Materie (DM) gibt. Nach dieser Logik könnte es dann auch stellare schwarze Löcher aus DM geben. Vor allem, wenn man bedenkt, dass die Steren aus DM keine Photonen abgeben, deren nach außen gerichteter Strahlungsdruck der Gravitation entgegenwirkt. Hab ich dich da etwa richtig verstanden?

Wenn ich antworten müsste, würde ich sagen: Wir wissen ja nicht, aus welcher Art von Teilchen die DM besteht. Dass es da sowas wie Fusion gibt, ist m.E. unwahrschweinlich, und damit entfallen auch die ganzen Prozesse bei der Entstehung Schwarzer Löcher.

Just my 2 cents.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 01 04. 2020 22:18 #66906

Was passiert, wenn sichtbare Materie durch Gravitationsbeschleunigung aufeinandertrifft? Durch elektromagnetische Wechselwirkungen passiert etwas (Stöße, Aneinanderkleben, ...).

Was passiert, wenn Dunkle Materie durch Gravitationsbeschleunigung aufeinandertrifft oder auf sichtbare Materie trifft? Die Teilchen fliegen weitgehend wechselwirkungsfrei durcheinander durch.

Aus letzterem Grund erscheint mir ein DM-Planet unrealistisch.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 01 04. 2020 22:40 #66907

Servus eben so Chomiker

Jaein, ich hab mir das so vorgestellt. DM ist doch arschkalt, langsam und ca. 5,5 mehr vorhanden als normale Materie. Bildet die DM wenn genug auf einem Bereich konzentriert ist nicht ebenfalls einen Raumzeit Trichter „eine Raumkrümmung“ und zieht die übrige DM hinter sich her, bzw. spiraliert langsam hinein wie bei einer Galaxy das Gas. Was sollte den die DM daran hindern nicht weiter in den schon vorhanden Trichter zu fallen, denn es gibt doch keinen gegen druck mehr.
So dass sich tief im Trichter ein Schwarzes Loch bildet und sich nur durch Gravitationswellen zeigt und dabei Energie abgibt.
Und selbst wenn DM sich nur bis zu einer gewissen Grenze verdichten kann, muss die doch irgendwo hin. Eines ist doch klar DM unterliegt doch auch der Gravitation, oder nicht?

Sorry, aber musste ich mal los werden.

PS:
Ich brauch jetzt ein starken schwarzen Kaffee mit einem tiefen Trichter. Das war doch etwas zuviel für mein Gemüt.
Ich hoffe es bildet sich in meiner Dark-Tasse kein Micro Schwarz Loch.:lol:

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 02 04. 2020 00:15 #66908

Mondriten schrieb: bzw. spiraliert langsam hinein wie bei einer Galaxy das Gas.

Das ist genau das Problem, die DM sollte wohl mehr oder weniger kreisen und nicht spiralieren. Es wird sich sicher DM in Planeten oder Sonnen finden aber vielleicht nicht so arg viel.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 02 04. 2020 07:25 #66910

Mondriten schrieb: Was sollte den die DM daran hindern nicht weiter in den schon vorhanden Trichter zu fallen, denn es gibt doch keinen gegen druck mehr.
So dass sich tief im Trichter ein Schwarzes Loch bildet und sich nur durch Gravitationswellen zeigt und dabei Energie abgibt.
Und selbst wenn DM sich nur bis zu einer gewissen Grenze verdichten kann, muss die doch irgendwo hin. Eines ist doch klar DM unterliegt doch auch der Gravitation, oder nicht?


Aufgrund fehlender Wechselwirkung gibt es für DM Teilchen keinen Mechanismus, ihren Drehimpuls irgendwohin zu übertragen. Daher können sie nicht einfach in ein Gravitationszentrum fallen und sich dort beliebig verdichten.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 04 04. 2020 17:40 #66949

Hallo nochmal.

Mondriten, ich glaube Cossy hat recht.

Der Gegendruck, der den gravitativen Kollaps verhindert, ist der thermische Druck.

Baryonische Materie kann beim Bilden einer Akkretionsscheibe die Energie, die durch das "Nachgeben" gegenüber der Gravitation frei wird, in Form von Photonen abgeben: Elektronen werden auf eine höhere Schale angehoben und fallen wieder zurück, dabei wird ein Photon frei, und das verlässt die Wolke. So kühlt die Wolke ab und kann sich weiter komprimieren. DM dagegen kann kein Photon abgeben, also entfällt diese Kühlungsmöglichkeit. Daher wird sie immer heißer und die Stöße zwischen den Teilchen halten sie vom näheren Zusammenrücken ab.

Josef Gassner hat Ähnliches auf der Ebene der Galaxien besprochen ( AzS-Video 54, ab 18:00 ). Danach ist die fehlende Kühlung durch Photonenabgabe bei der DM dafür verantwortlich, dass sich die DM sphärisch symmetrisch um das Galaxienzentrum verteilt und keine Scheibe bildet.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 04 04. 2020 22:14 #66953

Cossy schrieb: Versuche mal ein heißes Gas zusammen zu drücken. Dann wird das Gas noch heißer und der Druck steigt. Bei der DM ist dies auch so.

Chomiker schrieb: Mondriten, ich glaube Cossy hat recht.

Nein, vermutlich nicht.
Der Druck rührt von Stößen, die DM nicht zu vollführen scheint, weil die Trefferwahrscheinlichkeit (Wirkungsquerschnitt) wohl geringer ist. Dies liegt zB an der Teilchengröße, aber auch an der Wechselwirkung (em.Bindungen).
Normale Materie heizt sich dabei auf, weil die kinetische Energie dabei auch in innere Energie umgesetzt wird. Wir wissen nicht, was passiert, wenn DM zusammenstößt. Bei Neutrinos kennen wir nur Zusammenstöße mit normaler Materie, die dadurch angeregt wird.
Was passiert beim Zusammenstoß von zwei Neutrinos? Der Wirkungsquerschnitt ist so gering, dass man Zusammenstöße gar nicht berücksichtigen muss.

Bei DM von Druck zu sprechen, ist schon schwierig, weil sie eben durch Materie hindurchgeht und sich durch em.Bindungen nicht beeindrucken läßt. Neutrinos erzeugen bei sehr großer Anzahl dann schon einen Druck auf Materie...
www.mpg.de/11338259/neutrinos-supernova
Ein kleiner Bruchteil der Neutrinos, die dem Innern des Neutronensterns entkommen, wird dabei aber von der umgebenden Materie wieder absorbiert, wodurch das Gas aufgeheizt wird.
Die meisten Neutrinos entkommen aber. Die Materie wird aufgeheizt und nicht die Neutrinos.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 05 04. 2020 00:12 #66959

Die Analogien für Beispiele werden hier sehr wörtlich genommen. Auch wenn ich kein Freund der These der DM bin versuche ich es mal mit eine vollständigen Aufreihung des Ablaufs.

1. Aus einen noch nicht erfindlichen Grund gibt es nach dem Urknall eine Schwankung in der Dichte der Materie
2. Da die DM den größeren Anteil an der Masse ausmachen soll, verdichtet sich diese als erstes. Die sichtbare Materie folgt dieser Bewegung
3. Die DM besitzt eine gewisse kinetische Energie. "Bewegungsenergie" . Sie ist nicht komplett kalt. Da die DM an der elektromagnetischen Wechselwirkung (emW) nicht teilnimmt, kann sie auch unter ein gewissen Niveau an Energie nicht fallen. Die DM kann keine Energie über Strahlung abgeben. Das Beispiel mit dem Gas war nicht gut, da die Stöße der DM untereinander (wenn diese stattfinden) nicht zur Abkühlung oder Aufheizung beitragen. Ich gehe davon aus, das auch bei der DM die Impulserhaltung funktioniert.
4. Damit schafft es die DM aber nicht, über eine bestimmte Dichte hinaus sich selbst zu verklumpen. Die Gravitation ist eine relativ schwache Kraft. Es fehlt der "Kleber" zwischen den einzelnen DM-Bausteinen.
5. Nun kommt die sichtbare Materie dazu. Diese kann sich über emW zum einen abkühlen (es wird Strahlung abgegeben) und die emW kann Atome, Moleküle usw. aufbauen. Wenn man ein Elektron zum Vergleich der Kräfte zwischen Gravitation und emW benutzt, dann ist die emW um ca. 1042 stärker als die Gravitation. Damit kommt man wesentliche schneller beim "Verklumpen" voran.
Die sichtbare Materie kann damit Planeten, Sterne und letztendlich auch Schwarze Löcher erzeugen. Die DM kann dies einfach nicht, da der Kleber zwischen den Bausteinen fehlt. Die Energie der DM ist immer noch zu hoch, als dass die Gravitation dies über eine bestimmte Dichte hinaus zusammen halten kann. Daher wird diese Modell auch dunkle kalte Materie genannt, sonst kann die Gravitation die DM nicht zusammenhalten. Die normalen Neutrinos scheiden daher für das Modell aus. Die sind zu schnell/heiß.
6. Wenn die sichtbare Materie ein Schwarzes Loch gebildet hat, so hat das fehlen der emW bei DM wieder eine Wirkung. Die sichtbare Materie kann ein Schwarzes Loch nur bis zu einen bestimmten Grad füttern. Dann wird der Strahlungsdruck aus dem Schwarzen Loch zu groß und "pustet " die Materie weg. Das kann mit der DM nicht passieren. Diese fällt immer ungehindert in ein Schwarzes Loch. Die DM im inneren einer Galaxie sollte damit im Schwarzen Loch verschwunden sein.
7. Da man davon ausgehe, das die Energieerhaltung auch bei der DM funktioniert, bleibt diese wie auch die sichtbare Materie auf einer stabilen Bahn um den Galaxienkern, wenn keine Störung auftritt. Damit bleibt der größte Teil, welcher nicht direkt beim Schwarzen Loch ist erhalten. Der Strahlungsdruck aus dem Schwarzen Loch hat daher nichts damit zu tun, dass die DM auf einer stabilen Bahn um das Schwarze Loch kreist. Ist bei der Sichtbaren Materie das Gleiche. Die fliegt auch ohne Strahlendruck um das Schwarze Loch einfach weiter.
8. Die DM ist damit als eine Hohlkugel um das Schwarze Loch einer Galaxie sehr gleichmäßig verteilt. Die DM ist zwar der Initiator für eine Galaxie, aber die sichtbare Materie muss die Sterne, Planeten und die Schwarzen Löcher schon selbe bauen.

Ich hoffe das ist nun besser nachvollziehbar und gute Nacht
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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 05 04. 2020 00:47 #66962

Cossy schrieb: 6. Wenn die sichtbare Materie ein Schwarzes Loch gebildet hat, so hat das fehlen der emW bei DM wieder eine Wirkung. Die sichtbare Materie kann ein Schwarzes Loch nur bis zu einen bestimmten Grad füttern. Dann wird der Strahlungsdruck aus dem Schwarzen Loch zu groß und "pustet " die Materie weg. Das kann mit der DM nicht passieren. Diese fällt immer ungehindert in ein Schwarzes Loch. Die DM im inneren einer Galaxie sollte damit im Schwarzen Loch verschwunden sein.

Sehr interessante Idee, klingt für mich im Prinzip plausibel. Allerdings dürfte das letztlich keine große Rolle spielen, SL strahlen ja nicht sonderlich stark, auch wenn man die Akkretionsscheibe berücksichtigt.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 05 04. 2020 11:16 #66970

Cossy schrieb: 6. Wenn die sichtbare Materie ein Schwarzes Loch gebildet hat, so hat das fehlen der emW bei DM wieder eine Wirkung. Die sichtbare Materie kann ein Schwarzes Loch nur bis zu einen bestimmten Grad füttern. Dann wird der Strahlungsdruck aus dem Schwarzen Loch zu groß und "pustet " die Materie weg. Das kann mit der DM nicht passieren. Diese fällt immer ungehindert in ein Schwarzes Loch. Die DM im inneren einer Galaxie sollte damit im Schwarzen Loch verschwunden sein.


Dies trifft nur auf die DM-Teilchen zu, deren Keplerbahn das Schwarze Loch kreuzen. DM-Teilchen, die sich auf einer Umlaufbahn befinden, bleiben auf einer Umlaufbahn.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 05 04. 2020 15:24 #66989

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Vielleicht hier noch eine kleine Ergänzung zum Thema „Dunkle Materie & PRIMORDIALE Schwarze Löcher“…

Primordiale Schwarze Löcher

Anfang der 1970er Jahre stellte Stephen W. Hawking als Erster die Vermutung auf, neben den durch Supernovae entstandenen Schwarzen Löchern könnte es sogenannte primordiale Schwarze Löcher geben, die sich bereits beim Urknall in Raumbereichen gebildet haben, in denen die lokale Massen- und Energiedichte genügend hoch war.

Dies hat Wissenschaftler dazu veranlasst, Hawkings Theorie von 1974 über die Existenz Primordialer Schwarzer Löcher und seine Spekulation zu berücksichtigen, dass sie einen großen Teil der schwer fassbaren Dunklen Materie ausmachen könnten.

Im April 2019 wurde eine Studie veröffentlicht, die darauf hinweist, dass diese Hypothese eine Sackgasse sein könnte. Ein internationales Forscherteam hat die vom verstorbenen Stephen Hawking spekulierte Theorie auf den bisher strengsten Test gestellt, und ihre Ergebnisse haben die Möglichkeit ausgeschlossen, dass Primordiale Schwarze Löcher, die kleiner als ein Zehntel Millimeter sind, den größten Teil der dunklen Materie ausmachen.

Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe. "Dark matter is not made up of tiny black holes." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 April 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190402113042.htm

Im August 2019 wurde hingegen wieder eine Studie veröffentlicht, die die Möglichkeit eröffnet, die gesamte dunkle Materie mit primordialen Schwarzen Löchern zu bilden:
„In summary, we find that the asteroid-mass window remains open for primordial black holes (PBHs) to account for all the dark matter.”

Montero-Camacho, Paulo; Fang, Xiao; Vasquez, Gabriel; Silva, Makana; Hirata, Christopher M. (2019-08-23). "Revisiting constraints on asteroid-mass primordial black holes as dark matter candidates". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2019 (8): 031.
arxiv.org/abs/1906.05950

“…and isn't faith believing all power can't be seen”

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“…and isn't faith believing all power can't be seen”
Letzte Änderung: von UN. (Notfallmeldung) an den Administrator

Dunkle Materie & Schwarze Löcher 05 04. 2020 18:11 #66993

Cossy schrieb: 4. Damit schafft es die DM aber nicht, über eine bestimmte Dichte hinaus sich selbst zu verklumpen. Die Gravitation ist eine relativ schwache Kraft. Es fehlt der "Kleber" zwischen den einzelnen DM-Bausteinen.

Tag Cossy, also fehlt der DM eine art Kondersationskeim. Ist das in etwa so, wenn feuchte Luft an Oberflächen zu Wasser kondensiert? Würde sich die DM gegenseitig durchdringen ohne Wechselwirkung wie Lichtstrahlen die sich kreuzen?

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 05 04. 2020 19:26 #66994

Mondriten schrieb: Würde sich die DM gegenseitig durchdringen ohne Wechselwirkung wie Lichtstrahlen die sich kreuzen?


Ja, genau das. Nur gravitative Anziehung.

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Dunkle Materie & Schwarze Löcher 06 04. 2020 00:38 #66997

Mondriten schrieb: Würde sich die DM gegenseitig durchdringen ohne Wechselwirkung wie Lichtstrahlen die sich kreuzen?

Naja davon geht man eigentlich nicht aus, aber das wäre auch möglich. Allerdings ist die Trefferwahrscheinlichkeit sehr gering.
Übrigens können auch zwei Photonen miteinander interagieren, zumindest ist das nicht ausgeschlossen.

wiki: de.wikipedia.org/wiki/Halpern-Streuung
In der Quantenelektrodynamik wird Licht durch Lichtquanten, Photonen, beschrieben. Diese können virtuelle Teilchen-Antiteilchen-Paare bilden, die ihrerseits wieder zu Photonen annihilieren können. Eine Streuung von Photonen an Photonen findet statt, wenn das virtuelle Teilchen-Antiteilchen-Paar eines Photons mit dem eines anderen Photons annihiliert. Diagrammatisch kann dies durch Feynman-Diagramme beschrieben werden, der einfachste dargestellte Prozess ist ein sogenanntes Box-Diagramm. Es existieren auch komplexere Prozesse, bei der mehr als zwei Photonen aneinander streuen oder die Anzahl der ein- und auslaufenden Photonen nicht identisch ist.
Die Halpern-Streuung ist ein Prozess, der nur reelle Photonen, das heißt beobachtbare Teilchen, beinhaltet. Einen Prozess, in dem reelle Photonen mit virtuellen Photonen wechselwirken, nennt man Delbrück-Streuung.

\( \sigma = \frac{973 \alpha^4 \omega^6}{10125 \pi m_\mathrm e^8}\) Wirkungsquerschnitt
korrekt muss es sicherlich lauten
\( \sigma = \frac{973 \alpha^4 k_c^6 \lambda_\mathrm e^8}{10125 \pi }\)

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