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THEMA: Verteilung Dunkler Materie in Galaxien

Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 21 Jan 2016 11:44 #2238

Es wird u.a. die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen im Außenbereich von Galaxien als Argument für die DM aufgeführt, und die gezeigten Graphen zwischen berechneten und beobachteten Werten sind beeindruckend. Kann mir jemand einen Hinweis geben wo ich diese Berechnung nachlesen kann?

Aus der Differenz zwischen Beobachtung und Berechnung müsste sich die Verteilung der DM in einer Galaxie ableiten lassen. Gibt es Daten dazu, zB für die nahe Andromedagalaxie?

Wenn die DM nur gravitativ wechselwirkt, dann müssten die Sterne sie genauso anziehen wie leuchtende Materie. Ich stelle mir vor wenn eine "Wolke" aus DM auf unsere Sonne zufliegt dann fliegt die DM weitestgehend hindurch, so wie die Neutrinos durch die Erde. Aber es sollte doch auch Anteile der DM geben, die gerade langsam genug sind, daß sie im Gravitationsfeld eines Sterns eingefangen werden. Diese Anteile der DM sollten sich gravitativ bemerkbar machen, ich habe aber noch nie davon gehört. Daher meine Frage: warum gibt es DM offenbar überall in Galaxien, nicht aber in unserem Sonnensystem?

In einem der Videos wurde erläutert, daß die DM nach dem Urknall als erstes Strukturen gebildet hat, und damit die Potentialtöpfe bereit stellte, in die die leuchtende Materie hineinfiel. Wie aber kann sich DM zusammenballen wenn sie doch durch "alles" (außer schwarzen Löchern) hindurchfliegt?

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Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 21 Jan 2016 19:38 #2246

Christoph schrieb: Es wird u.a. die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen im Außenbereich von Galaxien als Argument für die DM aufgeführt, und die gezeigten Graphen zwischen berechneten und beobachteten Werten sind beeindruckend. Kann mir jemand einen Hinweis geben wo ich diese Berechnung nachlesen kann? Aus der Differenz zwischen Beobachtung und Berechnung müsste sich die Verteilung der DM in einer Galaxie ableiten lassen. Gibt es Daten dazu, zB für die nahe Andromedagalaxie?


Setzt man in das 3. Keplersche Gesetz: v = 2*Pi*a/T ein (vereinfachte Annahmen Kreisbahn, d.h. a=r und m<<M), ergibt sich:
T² = 4*pi*pi*r³/(G*M) = 4*pi*pi*r²/v² --> v²=G*M/r

Bei einer großen Zentralmasse (z.B. unser Sonnensystem) ergibt sich: v proportional 1/wurzel(r). Da die sichtbare Materie in unserer Galaxie hauptsächlich in Kernregionen sitzt, müssten sich die Rotationskurven entsprechend verhalten.

Nimmt man eine Gleichverteilung der Materie unabhängig vom Abstand an, dann wäre M proportional Dichte * r³. Somit wäre v proportional r. Dies entspricht auch nicht der Wirklichkeit: v unabhängig von r (außerhalb der Kernregion).

Dies bedeutet, dass die DM auch näher am Kern konzentrierter ist als außerhalb. Nur halt weniger ausgeprägt als die sichtbare Materie.

Christoph schrieb: Wenn die DM nur gravitativ wechselwirkt, dann müssten die Sterne sie genauso anziehen wie leuchtende Materie. Ich stelle mir vor wenn eine "Wolke" aus DM auf unsere Sonne zufliegt dann fliegt die DM weitestgehend hindurch, so wie die Neutrinos durch die Erde. Aber es sollte doch auch Anteile der DM geben, die gerade langsam genug sind, daß sie im Gravitationsfeld eines Sterns eingefangen werden. Diese Anteile der DM sollten sich gravitativ bemerkbar machen, ich habe aber noch nie davon gehört. Daher meine Frage: warum gibt es DM offenbar überall in Galaxien, nicht aber in unserem Sonnensystem?


Möglicherweise gibt es keinen nennenswerten Anteil an langsam fliegender DM. Dies wäre der Fall, wenn es keine Wechselwirkung gäbe, wo die DM ihre kinetische Energie abgeben kann.

Christoph schrieb: In einem der Videos wurde erläutert, daß die DM nach dem Urknall als erstes Strukturen gebildet hat, und damit die Potentialtöpfe bereit stellte, in die die leuchtende Materie hineinfiel. Wie aber kann sich DM zusammenballen wenn sie doch durch "alles" (außer schwarzen Löchern) hindurchfliegt?


Zusammenballen ist vielleicht die falsche Vorstellung. Es könnten sich Schwere-Zentren ausgeprägt haben, die sich dann durch Anziehung weiterer Teilchen weiter verstärkt hat.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.
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Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 21 Jan 2016 20:15 #2247

Die Keplerschen Gesetze gelten für eine dominierende Zentralmasse, die (leuchtende) Materie einer (Spiral-)Galaxie ist aber doch grob in einer Scheibe verteilt. Hat diese Scheibenverteilung der Materie keinen (oder nur vernachlässigbaren) Einfluß auf die berechnete Rotationsgeschwindigkeit im Außenbereich von Galaxien?

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Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 29 Jan 2016 14:08 #2341

Nun kann ich mr einen Teil der Fragen selbst beantworten :)

Ich habe in der Bachelorarbeit_AnnKristinMoeller.pdf Hinweise auf die Berechnung der Rotationsgeschwindigkeit und die zugrunde liegende Massenverteilung finden können. Dort wird u.a. auch die Andromedagalaxie M31 besprochen und ein DM Anteil von 1.1 x 1011 Sonnenmassen abgeschätzt, die sich auf einem Radius von 35 kpc verteilt.

Unter der Annahme einer Gleichverteilung in einem Kugelvolumen entspricht dies einer DM Dichte von lediglich 4 x 10-23 kg/m3. Wenn man eine vergleichbare Dichte für die DM in der Milchstraße annimmt dann erklärt sich auch warum wir sie im Sonnensystem nicht bemerken. Die Erde sollte die DM einer Kugel mit dem Radius einer Astronomischen Einheit spüren. Das sind aber nur 3 x 10-19 Sonnenmassen, also nicht messbar.

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Letzte Änderung: von Christoph. Begründung: Typo (Notfallmeldung) an den Administrator

Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 29 Jan 2016 16:22 #2343

Sorry, meine Argumentation "Die Erde sollte die DM einer Kugel mit dem Radius einer Astronomischen Einheit spüren" ist natürlich Unsinn. Dazu müsste unsere Sonne ja im Zentrum des Riesenballs Dunkler Materie stehen, der die Milchstraße umgibt. Die Erde spürt die DM eben genauso wie die Sonne, entsprechend dem Radius der Sonnenbahn in der Milchstraße. Eine zusätzliche Anziehung zwischen Sonne und Erde läßt sich daraus nicht ableiten.

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Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 29 Jan 2016 18:22 #2346

Christoph schrieb: Nun kann ich mr einen Teil der Fragen selbst beantworten :)

Ich habe in der Bachelorarbeit_AnnKristinMoeller.pdf Hinweise auf die Berechnung der Rotationsgeschwindigkeit und die zugrunde liegende Massenverteilung finden können. Dort wird u.a. auch die Andromedagalaxie M31 besprochen und ein DM Anteil von 1.1 x 1011 Sonnenmassen abgeschätzt, die sich auf einem Radius von 35 kpc verteilt.

Unter der Annahme einer Gleichverteilung in einem Kugelvolumen entspricht dies einer DM Dichte von lediglich 4 x 10-23 kg/m3. Wenn man eine vergleichbare Dichte für die DM in der Milchstraße annimmt dann erklärt sich auch warum wir sie im Sonnensystem nicht bemerken. Die Erde sollte die DM einer Kugel mit dem Radius einer Astronomischen Einheit spüren. Das sind aber nur 3 x 10-19 Sonnenmassen, also nicht messbar.


Nach der Bachelorarbeit gäbe es innerhalb des sichtbaren Bereichs der Andromeda Galaxie doppelt so viele sichtbare Materie wie Dunkle Materie. Kann dies tatsächlich sein?

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Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 29 Jan 2016 19:21 #2348

Ja, der Punkt war mir in der Arbeit auch aufgefallen. Üblicherweise liest man, daß im Universum ca. 5-6 mal mehr DM als baryonische Materie existiert. Ob das bei einzelnen Galaxien stark abweichen kann weiß ich nicht, die Arbeit gibt in der Tat DM/LM für M31 mit nur ca. 0.5 an, also eine Größenordung unter dem üblichen Wert. Aber bei dem extrem kleinen Wert der DM Dichte Abschätzung kommt es auf eine Größenordnung nicht an ;)

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Verteilung Dunkler Materie in Galaxien 29 Jan 2016 19:43 #2350

Christoph schrieb: Ja, der Punkt war mir in der Arbeit auch aufgefallen. Üblicherweise liest man, daß im Universum ca. 5-6 mal mehr DM als baryonische Materie existiert. Ob das bei einzelnen Galaxien stark abweichen kann weiß ich nicht, die Arbeit gibt in der Tat DM/LM für M31 mit nur ca. 0.5 an, also eine Größenordung unter dem üblichen Wert. Aber bei dem extrem kleinen Wert der DM Dichte Abschätzung kommt es auf eine Größenordnung nicht an ;)


Für die generelle Materieverteilung der Dunklen Materie wäre es aber sehr wichtig, wenn im sichtbaren Bereich einer Galaxie die sichtbare Materie dominieren sollte. Passt irgendwie gar nicht zu dem, was man sonst über DM hört.

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