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THEMA: 2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern

2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 29 Dez 2016 15:46 #10828

Hallo Ihr,

ich bin Physik interessierter Laie, mit 2 dummen Fragen:

1. In einem schwarzen Loch erwarte ich auch dunkle Materie. Anders als elektromagnetisch Wechselwirkende Materie entkommt diese ja auch eher nicht, was dank der größeren Stärke von Elektromagnetismus leuchtender Materie ja zum Teil gelingt. Und deshalb sollte sie sogar eher reinfallen, da rein gravitativ ja kein Weg daran vorbeiführt. Nachdem sie nun drin ist, und sagen wir mal als fiktives Beispiel sogar exklusiv, ein schwarzes Loch aus nur dunkler Materie bestehend. Strahlt das dann Hawking-Strahlung? Zerfällt so ein schwarzes Loch dann doch nicht und in einem gemischten nur seine leuchtende Materie?

Wenn ich nicht ganz falsch orientiert bin, verliert ein schwarzes Loch keine Information. Somit müsste dunkle Materie eigentlich auch dunkel bleiben. Dunkle Materie/Antimaterie strahlen geht doch nicht, oder?

2. Die Sonnen Modelle rechnen Kernfusion sehr genau aus, und sagen sehr präzise voraus, was auch wirklich passiert. Aber wie groß ist der Anteil von Dunkler Materie in der Sonne, und wieso spielt der keine Rolle.

Geht man davon aus, dass im Sonneninnern keine Dunkle Materie ist? Die Photonen und Neutrinos üben doch keinen Druck auf sie aus. Und wenn, so wissen wir doch, dass es wahnsinnig viel weniger sein muss, aus den Suchexperimenten. Müsste da sich nicht ein Kern von Dunkler Materie in der Sonne sammeln und die Kernfusions Eigenschaften der Sonne verändern?

Ich bin gespannt auf Eure Antworten. Und in meinem Herzen hoffe ich dass meine Fragen so dumm nicht sind. Aber das ist wohl schon wieder eher dumm (im SInne von naiv). ;-)

Gruss,
Kay

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 29 Dez 2016 19:30 #10830

  • Ralf
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Vielleicht stellst Du hier Fragen welche nicht so gerne beantwortet werden.
Ich fuer meinen Teil wuerde mich auch sehr auf Antworten freuen.
Bin ebenso ein Laie.

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 29 Dez 2016 22:06 #10833

Wie viele andere vermeindlich "dumme" Fragen sind die beiden mehr als berechtigt - und gar nicht einfach zu beantworten. Ich schreibe mal meine ersten Gedanken dazu.

zu 1.)
- Ein schwarzes Loch rein aus Dunkle Materie kann es nicht geben. Da DM nur ganz wenig klumpt, könnte aus DM alleine kein Schwarzes Loch entstehen.
- Mir fällt kein Grund ein, warum sichtbare Materie leichter einem SL entkommen kann als DM.
- Die Hawking Strahlung konnte meines Wissens noch nicht experimentell nachgewiesen werden. Daher kann von ihrer Existenz nicht sicher ausgegangen werden.
- So wie ich den Entropie Begriff verstehe tragen DM Teilchen ebenfalls zur Entropie bei.

zu 2.)
Die DM wechselwirkt nur gravitativ mit sichtbarer Materie. DM Teilchen nehmen den Protonen und Kernen keinen Platz weg und beeinflussen deren Verhalten auch sonst nicht wirklich. Sie zu vernachlässigen erscheint mir in erster Näherung daher richtig.

Es gibt zu diesem Thema beispielsweise einen Blog von Florian Freistetter, der diese Frage aber auch nicht wirklich beantwortet: scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/20...im-zentrum-der-sonne

Wenn ich mal spekulieren darf:

DM Teilchen werden gravitativ von der Sonne angezogen, gewinnen hierzu kinetische Energie und fliegen daher durch die Sonne durch. Ich würde daher innerhalb der Sonne keine wesentlich andere Konzentration von DM Teilchen erwarten als im Raum darum herum. Daher denke ich, dass DM auch nicht wesentlich zur Gravitation der Sonne beiträgt.

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 29 Dez 2016 23:18 #10834

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Zu 1

Ich hab mich das auch schon in Zusammenhang mit verglühten weißen Zwergen gefragt.
Was passiert, wenn ein solches Gebilde, das alle Prozesse der Entropie in Zusammenhang mit Gravitation durchlaufen hat, das aber immer noch eine recht große Ruhemasse hat verglichen mit dem Hauptreihenstern, der es mal war, von einem schwarzen Loch verschluckt wird?
Das schwarze Loch sollte mit dieser Mahlzeit wachsen.
Wie kann die Oberfläche des schwarzen Lochs dann ein Gradmesser für die im schwarzen Loch enthaltene Entropie sein?
ClausS schrieb:

So wie ich den Entropie Begriff verstehe tragen DM Teilchen ebenfalls zur Entropie bei.

Das interessiert mich! Wie sieht dieser Beitrag aus?

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 29 Dez 2016 23:25 #10835

ClausS schrieb:
zu 1.)
- Ein schwarzes Loch rein aus Dunkle Materie kann es nicht geben. Da DM nur ganz wenig klumpt, könnte aus DM alleine kein Schwarzes Loch entstehen.
- Mir fällt kein Grund ein, warum sichtbare Materie leichter einem SL entkommen kann als DM.


In meiner Vorstellung wird von 1kg sichtbarer Materie, die in Richtung schwarzes Loch stürzt, ein großer Anteil davon in Strahlung umgewandet, die dem Schwarzen Loch entkommt. Während 1kg Dunkler Materie diese Option nicht zur Vergügung steht, ihr Kurs is quasi unabänderlich.

Schwarze Löcher entstehen doch, kleine bereits, wenn zuviel Masse an einem Ort auftritt. Soviel, dass sich ein Ereignishorizont bildet. Das mag unwahrscheinlich sein für Dunkle Materie, aber doch nicht unmöglich.

Und es wird uns doch gesagt, dass Strukturbildung durch Dunkle Materie getrieben wird, und zu Galaxien gehört doch ein zentrales schwarzes Loch.

ClausS schrieb: - Die Hawking Strahlung konnte meines Wissens noch nicht experimentell nachgewiesen werden. Daher kann von ihrer Existenz nicht sicher ausgegangen werden.


Ich bin überrascht, aber da hast Du Recht. Aber ich dachte immer, das wäre quasi das gleiche wie der Kasimir-Effekt, der sehr wohl bewiesen ist. Die Ladung des leeren Raumes durch Energie erzeugt virtuelle Teilchen, die reale elektromagnetische Wirkung haben.

ClausS schrieb: - So wie ich den Entropie Begriff verstehe tragen DM Teilchen ebenfalls zur Entropie bei.


Kann ich das als ein "Ja" dazu deuten, dass Dunkle Materie das Schwarze Loch nicht als Hawking Strahlung verlassen könnte, selbst wenn es die gäbe.

ClausS schrieb: zu 2.)
Die DM wechselwirkt nur gravitativ mit sichtbarer Materie. DM Teilchen nehmen den Protonen und Kernen keinen Platz weg und beeinflussen deren Verhalten auch sonst nicht wirklich. Sie zu vernachlässigen erscheint mir in erster Näherung daher richtig.


Die Gravitation zündet ja durch die kollektive grativationswirkung der Sonnenmasse. Sie zündet aufgrund von Quantenmechanik früher als sie solte, weil ausreichend viele Protonen den Sprung zum Neutronen schon schaffen, und dies folgt aus der Dichte. Die Menge an Gravitation lässt da bei diesen Rechnungen keinen Platz für eine signifikante Menge von Dunkler Materie in der Sonne.

Wenn ich mal spekulieren darf:

ClausS schrieb: DM Teilchen werden gravitativ von der Sonne angezogen, gewinnen hierzu kinetische Energie und fliegen daher durch die Sonne durch. Ich würde daher innerhalb der Sonne keine wesentlich andere Konzentration von DM Teilchen erwarten als im Raum darum herum. Daher denke ich, dass DM auch nicht wesentlich zur Gravitation der Sonne beiträgt.


So muss es sein. Ich glaube meine Vorstellung, dass die Sonne Dunkle Materie einfangen könnte, steht eine Vorstellung entgegen, in der Dunkle Materie stets im Orbit um irgendwas bleibt, aber nie in deren Zentrum verbleibt. Im Fall der Sonne ist das plausibel. Im Fall des Schwarzen Loches überhaupt nicht.

An der Stelle schwarzes Loch, versagt mir ja auch die Vorstellung, wie das frühe Universum nicht nur aus solchen bestanden haben kann, und wie ohne einen Mechanismus zu deren Zerfall, der nicht Hawking-Strahlung ist, von diesen wegzukommen ist. Ohne eine solche Strahlung wären Schwarze Löcher ja ewig.

Gruss,
Kay

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 29 Dez 2016 23:54 #10837

kayhayen schrieb: So muss es sein. Ich glaube meine Vorstellung, dass die Sonne Dunkle Materie einfangen könnte, steht eine Vorstellung entgegen, in der Dunkle Materie stets im Orbit um irgendwas bleibt, aber nie in deren Zentrum verbleibt. Im Fall der Sonne ist das plausibel. Im Fall des Schwarzen Loches überhaupt nicht.

Warum spiraliert sichtbare Materie in das SL hinein? Weil sie sich aneinander reibt und dadurch kin Energie verliert. Eben jenen Energiebeitrag der sie ansonsten am SL vorbei fallen liese. Bei DM wäre das anders. Diese verliert keine Energie und müsste daher im Orbit verbleiben oder bei genügend Anfangsgeschwindigkeit einfach vorbei rauschen. Ausnahme wäre da nur jener Anteil der DM der auf direktem Kollisionskurs wäre und radial ins SL fiele.
Bei dem geringen Radius stellarer SL ist der Anteil verschwindend gering.

So jedenfalls sehe ich dieses Detail.

Gruß
Merilix

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assume good faith

2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 30 Dez 2016 11:15 #10838

Merilix schrieb:
Warum spiraliert sichtbare Materie in das SL hinein? Weil sie sich aneinander reibt und dadurch kin Energie verliert. Eben jenen Energiebeitrag der sie ansonsten am SL vorbei fallen liese. Bei DM wäre das anders. Diese verliert keine Energie und müsste daher im Orbit verbleiben oder bei genügend Anfangsgeschwindigkeit einfach vorbei rauschen.


Ich dachte 2 leuchtende Teilchen kollidieren gerne auch mal, und tauschen dabei Impulse so, dass eines erst Recht reinfällt, und das andere daran vorbei. Oder Sie zerstrahlen ob der hohen Geschwindigkeiten am Rand bei Kollisionen gleich ganz, und die Photonen entkommen dann, so sie die richtige Richtung wählen.

Zur Dunklen Materie und reibungsfreiem Orbit. Wenn es keine Gravitationswellen gäbe, würden sie sich ewig gleich im Orbit bewegen. Aber so wie die kollidierenden Schwarzen Löcher das nicht tun (nichts außer Reibung an der Gravitation bremst die aufeinander ein), gilt das gleiche im Prinzip auch für einzelne Dunkle Materie Teilchen. Ich kann nicht ausrechnen, ob das signifikant ist. Aber reibungslos ist das doch wohl eher nicht?

Gruss,
Kay

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 30 Dez 2016 11:32 #10839

Ich habe hier gelesen, dass sichtbare Materie beim Fallen in ein Schwarzes Loch zerstrahlt. Durch welchen Mechanismus soll dies passieren?

In einer Aggretionsscheibe, die sich bei Materiezuflüssen um ein Schwarzes Loch bildet, treten einige Strahlungen auf. Beschrieben sind diese z.B. hier: www.spektrum.de/lexikon/astronomie/akkretion/7 . Aber keine der beschriebenen Strahlungen würde das Teilchen selbst zerstören. Es würde dabei nur kinetische Energie verlieren.


Zum Thema Entropie (aus de.wikipedia.org/wiki/Entropie ): Mit Arbeiten von Ludwig Boltzmann und Willard Gibbs gelang es um 1875 der Entropie eine statistische Definition zu geben, welche die zuvor makroskopisch definierte Größe mikroskopisch erklärt. Die Entropie eines Makrozustands wird dabei durch die Wahrscheinlichkeiten der Mikrozustände berechnet. Da wir die DM Teilchen nicht kennen, vermag ich keine Aussagen treffen, welche Mikrozustände sie einnehmen können. Mir fällt aber im Moment kein Grund ein, warum DM Teilchen nicht zu einer Entropie beitragen sollten.

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 30 Dez 2016 12:25 #10844

ClausS schrieb: Ich habe hier gelesen, dass sichtbare Materie beim Fallen in ein Schwarzes Loch zerstrahlt. Durch welchen Mechanismus soll dies passieren?


Du meinst, beim Fall ins schwarze Loch erreichen z.B. Protonen keine mit dem LHC vergleichbaren Geschwindigkeiten? Dort zumindest wandeln sie sich in die Terra EV um, und daraus regnet es dann Teilchen aller Art. Ich weiß nicht wie starke Kräfte da wirken. Aber die Anteile von Sonnenmassen, die in Strahlung umgesetzt werden, schienen mir so hoch zu sein, dass das so sein könnte, dass hier Kernenergie freigesetzt wird.

Gut möglich, dass das garnicht stimmt, dass es da Teilchen (vor dem Ereignishorizont noch, sonst ist ja irrelevant) zerlegt. Leider basiere ich da zu wenig auf Wissen. Aber da die Energie, die durch Leuchten dem schwarzen Loch entgeht, auch Masse entspricht, die dem schwarzen Loch verloren geht, ist doch zumindest klar, dass die leuchtende Minderheits-Materie, zusätzlichen Verlusten unterliegt, die der Dunklen Materie nicht offen stehen.

Wenn man die (bearbeiteten) Bilder sieht, wie Bullet-Cluster Kollisionen die Dunkle Materie Verteilung recht massiv verzerrt haben, will ich nicht einsehen, warum die zentralen schwarzen Löcher in den Clustern nicht spätestens dann massiven Aufschwung durch die Orbits von DM kriegen sollen, die dann mitten durch sie führen müssten. Die Vorstellung vom ewigen, ungestörten Orbit der DM-Teilchen fällt mir schwer.

Die Sache mit der Entropie kenne ich. Zu sagen, ich verstünde sie, käme mir nicht in den Sinn. Ich muss daher ehrlich sagen, dass die Behauptung von Dunkler Materie als QM-Teilchen wohl bedeutet, dass sie Information beinhaltet, und somit zur Entropie beiträgt. Aber ich kann nicht erkennen, was daraus folgt. Kann Dunkle Materie das Schwarze Loch verlassen oder nicht. So wie ich Dich verstehe, ist nicht mal bewiesen, dass Leuchte Materie das kann. Aber, hat nicht das LHC Schwarze Löcher hergestellt? Und sind die nicht nach erwarteter Zeit zerfallen? Wenn ich danach suche, finde ich nur Weltuntergangsparanoia. Ich dachte man hätte Mini-Löcher bereits gemacht. Stimmt aber vermutlich auch (noch) nicht. Probieren will man das wohl schon, sowas fand ich.

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

2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 30 Dez 2016 12:43 #10845

ClausS schrieb: Ich habe hier gelesen, dass sichtbare Materie beim Fallen in ein Schwarzes Loch zerstrahlt. Durch welchen Mechanismus soll dies passieren?

In einer Aggretionsscheibe, die sich bei Materiezuflüssen um ein Schwarzes Loch bildet, treten einige Strahlungen auf. Beschrieben sind diese z.B. hier: www.spektrum.de/lexikon/astronomie/akkretion/7 . Aber keine der beschriebenen Strahlungen würde das Teilchen selbst zerstören. Es würde dabei nur kinetische Energie verlieren.

Das überrascht mich jetzt doch.
Bedeutet das das die Strahlungsleistung gefütterter schwarzer Löcher allein aus der Umwandlung von zunächst potentieller in kinetische Energie und deren Freisetzung kommt?

assume good faith

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assume good faith

2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 30 Dez 2016 13:36 #10847

Aus dem verlinkten Artikel:

Akkretion ist der effizienteste Prozess, um Gravitationsenergie in Strahlungsenergie umzuwandeln. Sie ist sogar effizienter als das nukleare Feuer in Sternen! Denn bis zu 42% der Ruheenergie der Materie kann bei der Akkretion in Strahlungsenergie verwandelt werden (rechnerische Details unter Eddington-Leuchtkraft). Demgegenüber weist die thermonukleare Fusion im Innern von Sternen nur eine Effizienz von 0.7% auf. Akkretion auf ein kompaktes Objekt erzeugt deshalb die größten bekannten Leuchtkräfte im Universum!


Mich überrascht das. Aber OK, bis zu 42% der Masse gehen verloren, das ist worauf es mir ankam.

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 30 Dez 2016 18:16 #10863

kayhayen schrieb: Aus dem verlinkten Artikel:

Akkretion ist der effizienteste Prozess, um Gravitationsenergie in Strahlungsenergie umzuwandeln. Sie ist sogar effizienter als das nukleare Feuer in Sternen! Denn bis zu 42% der Ruheenergie der Materie kann bei der Akkretion in Strahlungsenergie verwandelt werden (rechnerische Details unter Eddington-Leuchtkraft). Demgegenüber weist die thermonukleare Fusion im Innern von Sternen nur eine Effizienz von 0.7% auf. Akkretion auf ein kompaktes Objekt erzeugt deshalb die größten bekannten Leuchtkräfte im Universum!


Mich überrascht das. Aber OK, bis zu 42% der Masse gehen verloren, das ist worauf es mir ankam.


Leider ist die Schlussfolgerung nicht richtig. In dem zitierten Artikel wird aus einen zweiten Artikel verwiesen ( www.spektrum.de/lexikon/astronomie/eddington-leuchtkraft/86 ) und darin habe ich einen schönen Satz gefunden, der das klärt: "Akkretion ist nicht anderes als das Umwandeln von Gravitationsenergie in Strahlungsenergie."

Es werden somit keine physikalischen Teilchen (wie Elektronen, Protonen) zerstrahlt.

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2 dumme Fragen zu Dunkle Materie in Sonne und schwarzen Löchern 31 Dez 2016 04:49 #10886

ClausS schrieb:

kayhayen schrieb: Aus dem verlinkten Artikel:

Mich überrascht das. Aber OK, bis zu 42% der Masse gehen verloren, das ist worauf es mir ankam.


Leider ist die Schlussfolgerung nicht richtig. In dem zitierten Artikel wird aus einen zweiten Artikel verwiesen ( www.spektrum.de/lexikon/astronomie/eddington-leuchtkraft/86 ) und darin habe ich einen schönen Satz gefunden, der das klärt: "Akkretion ist nicht anderes als das Umwandeln von Gravitationsenergie in Strahlungsenergie."

Es werden somit keine physikalischen Teilchen (wie Elektronen, Protonen) zerstrahlt.


Davon habe ich mich doch schon verabschiedet. Ist vielleicht ein wenig ungewöhnlich, aber ich hatte mich schon überzeugen lassen. Bist Du vermutlich hier nicht gewohnt.

Für mich ist es zwar quantitativ überraschend, dass 42% der Masse freigesetzt werden können ohne dass sowas passiert. Aber dass Dunkle Materie keiner Akkretion unterliegt, da sind wir uns schon einig, oder? Dementsprechend sollte diese ungehindert und verlustfrei ins schwarze Loch eintreten, und dabei seine gesamte Energie als Massebetrag leisten. Mehr meinte ich eigentlich nie. Durch welchen Mechanismus die Masse verloren geht, hat jetzt mit meiner Frage dann nichts zu tun.

Ich habe letztlich diese Vermutung, dass Dunkle Materie, so wie sie konstruiert ist, bisher zu Widersprüchen führen könnte. Schwarze Löcher aus der Zeit des Urknalls müssten dann noch aus ihr bestehen und existieren, wenn Hawking-Strahlung als Zerfallsmechanismus nicht zur Verfügung steht.

Meine Recherche in der Richtung hat aber gezeigt, dass eine Existenz von Schwarzen Löchern aus dem Urknall keineswegs selbstverständlich ist. Und Hawking von dem die Hypothese stammt selbst rechnete für die Lebensdauer (bis in etwa heute) ganz so als würden sie Hawking strahlen. Dass Dunkle Materie nicht Hawking Strahlung wird, ist also auch nicht abgemacht.

Ich werde da weiter "forschen" (also nachlesen) und mir Gedanken machen. Auch über das Bewegungsmodell von Dunkler Materie. Wieso Strukturbildung ohne sie nicht möglich wäre, aber andererseits ewige unabänderliche Orbits geglaubt werden können, habe ich auch noch nicht verstanden. Obwohl ich nun schon mal halbwegs sicher bin, dass in der Sonne vermutlich wirklich Dunkle Materie nur auf der Durchreise wäre. Die Sonnendichte dann mit nur sichtbarer Materie zu rechnen, macht dann kein Problem mehr.

Aber zumindest mal haben wir ein paar Sachen sortiert. Ich hatte einiges als Fakt abgebucht, was nur eine Idee ist. Und zumindest eine Frage ist beantwortet. Was ich nicht verstehe, ist warum Dunkle Materie und Schwarze Löcher nicht als Thema betrachtet wird. Mag ja sein, dass leuchtende Materie solche stellarer Grösse zündet. Für die Galaxie-Zentren wäre ich da nicht mehr sicher. Dazu finde ich gar nichts.

Naja, danke erstmal, Kay

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