(10. Januar 2008) Anti-Materie von Röntgendoppelsternen?

Dunkle Materie
Erstmals wurde 1845 nicht sichtbare
(=Dunkle) Materie vorhergesagt:
Die Uranus-Bahn hatte Abweichungen vom
berechneten Wert.
Lösung:
Der Student J.C. Adams in Cambridge erklärte
dies durch einen hypothetischen weiteren
Planeten. Dieser Planet wurde auf Grund der
Berechnungen auch gefunden. Er bekam den
Namen Neptun.
Ein Hinweis auf Dunkle Materie
außerhalb unserer Galaxie stammt
aus dem Jahr 1933 von Fritz Zwicky.
Er beobachtete die
Geschwindigkeit von Galaxien
im Comahaufen
Dunkle Materie
Seine Berechnungen ergaben,
dass beim Comahaufen
fast 200-mal mehr Masse
vorhanden sein musste,
als durch die
Leuchtkraft zu erwarten
war.
Die US-Astronomin Vera Rubin lieferten
1960 weitere Beweise für Dunkle
Materie als sie die
Rotationsgeschwindigkeiten der
Spiralarme von Galaxien untersuchte.
Gemessene Rotationskurve (Punkte mit Fehlerbalken) für
die Galaxie NGC 3198 . Kern und Scheibe können den
Verlauf der Kurve nicht beschreiben, dazu muss man einen
zusätzlichen Halo mit Materie annehmen.
NGC 3198
Verhältnis von Dunkler zu leuchtender Materie bis zum sichtbaren Rand
der Galaxie = 10 : 1
Galaxiehaufen
als
Gravitationslinse
Mit dem Winkeldurchmesser
eines Einsteinrings r² ist es
möglich die Masse der Linse
zu bestimmen.
• Das von den Weltraumteleskopen „Hubble“ und „Chandra“
aufgenommene Bild zeigt den Galaxienhaufen 1E0657-56,
der eigentlich aus zwei Galaxienhaufen besteht, die vor
hundert Millionen Jahren zusammenstießen und sich
gegenseitig durchdrangen. Dabei kollidierte hauptsächlich
das Gas zwischen den Galaxien und wurde dabei
aufgeheizt und abgebremst.
• Gleichzeitig stellen die Galaxienhaufen durch ihre Massen
große Gravitationslinsen dar und durch Analyse der
Position von Hintergrundobjekten lässt sich die
Masseverteilung innerhalb der Galaxienhaufen berechnen.,
Dies ergibt eine klare Trennung zwischen der Dunklen
(blau) und normalen Materie (pink) und ist ein Beweis für
die Existenz der Dunklen Materie.
Animation die zu dieser
Materienverteilung führten:
• http://chandra.harvard.edu/photo/2006/1e0
657/1e0657_bullett_anim_sm.mov
Aus was besteht Dunkle Materie?
Baryonische Dunkle Materie
Zuerst suchte man wie beim Neptun nach herkömmlicher Materie:
Die Gasmengen wären zu riesig – Sternentwicklung,
Braune Zwerge oder Sterne mit Jupitergrößen – zu geringe Masse
Heiße Dunkle Materie (HDM)
Neutrinos -maximale Masse nicht ausreichend
Kalte Dunkle Materie (CDM)
WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles,
dt. Schwach wechselwirkende massive Teilchen) , heißester Kandidat
ist das mit 100 – 1000 facher Masse eines Protons genannte
Neutralino.
Wie kann man WIMPS nachweisen?
1) Direkter Nachweis mit large hadron collider beim
CERN. Hier sollte man die WIMPS erzeugen können.
2) Direkter Nachweis in abgeschirmten Untergrundlaboratorien:
z.B.: Gran Sasso, durch Stöße an Atomkernen könnte man
die WIMPS nachweisen.
3) Indirekt durch vermutete Zerfallsprodukte von
WIMPS.
Da ein Neutralino gleichzeitig sein Antiteilchen ist,
vernichten sich die Neutralinos gegenseitig und es
entstehen dadurch Elektronen, Protonen,
Positronen, Antiprotonen und Gammastrahlung
(=hochenergetische Photonen).
Satellit Pamela (kosmische Höhenstrahlung)
Satellit Fermi(Gammastrahlung)
• Tscherenkow-Dedektor HESS in Namibia
•
• Man sieht hier auf der x-Achse die Energie der Teilchen und auf der
y-Achse wie viel man davon gemessen hat. Die blaue Linie zeigt
was zu erwarten wäre, wenn es keine zusätzlichen
hochenergetischen Teilchen gibt, die bei den Kollisionen der dunklen
Materie entstehen. In rot sind die Fermi-Messungen eingezeichnet und man erkennt einen deutlichen Überschuss!
• So wie bei PAMELA können auch diese
Fermi-Daten mittlerweile auch ohne
Dunkle Materie erklärt werden .
• Aber Fermi hat weitergemessen:
Dazu muss man ausholen:
• WMAP ist eine Raumsonde, die die kosmische
Hintergrundstrahlung misst
(Mikrowellenlängenbereich)
So sieht d
Hintergrund und Vordergrund
Vordergrund ohne Hintergrund
"WMAP Haze" also - "WMAP-Schleier" oder "WMAP-Nebel"
Vielleicht stammt sie von der dunklen Materie? Wenn dunkle
Teilchen sich selbst annihilieren entstehen Elektronen und
Positronen. Diese bewegen sich dann im Magnetfeld der Galaxie
und erzeugen dabei Synchrotronstrahlung.
• Es entstehen bei den Kollisionen zwischen den
Partikeln der dunklen Materie nicht nur
Elektronen und Positronen sondern auch
Gammastrahlen (=hochenergetische
Photonen).
Bild: Dobler et al. 26 Oct 2009
Es wurde von Fermi ein Überschuss an
Gammastrahlung und zwar genau dort, wo man sie vom
WMAP-Nebel her erwarten würde, gemessen.
Antimaterie (oben) und Röntgendoppelsterne (unten) zeigen eine ähnliche Vereilung um das Zentrum der Galaxis.
• Anti-Materie von Röntgendoppelsternen?
• Ein erster Hinweis auf die Erzeugung von Positronen durch
Röntgendoppelsterne in unserer Galaxis
• Beobachtungen mit dem europäischen Forschungssatelliten
INTEGRAL haben Wissenschaftler dem rätselhaften Ursprung der
Anti-Materie in unserer Galaxis ein großes Stück näher gebracht:
die Anti-Materie ist ungleich in der Galaxis verteilt. Eine ähnlich
ungleiche Verteilung wurde für eine Population von
Röntgendoppelsternen bestimmt. Wie von einem internationalen
Team um Georg Weidenspointner vom MPE in der Nature-Ausgabe
vom 10. Januar 2008 berichtet wird, legen diese überraschenden
Entdeckungen die Vermutung nahe, dass ein Großteil der AntiMaterie in unserer Galaxis von Röntgendoppelsternen erzeugt wird.
• (10. Januar 2008)
• Anti-Materie von Röntgendoppelsternen?
• Ein erster Hinweis auf die Erzeugung von Positronen durch
Röntgendoppelsterne in unserer Galaxis
• Beobachtungen mit dem europäischen Forschungssatelliten
INTEGRAL haben Wissenschaftler dem rätselhaften Ursprung der
Anti-Materie in unserer Galaxis ein großes Stück näher gebracht:
die Anti-Materie ist ungleich in der Galaxis verteilt. Eine ähnlich
ungleiche Verteilung wurde für eine Population von
Röntgendoppelsternen bestimmt. Wie von einem internationalen
Team um Georg Weidenspointner vom MPE in der Nature-Ausgabe
vom 10. Januar 2008 berichtet wird, legen diese überraschenden
Entdeckungen die Vermutung nahe, dass ein Großteil der AntiMaterie in unserer Galaxis von Röntgendoppelsternen erzeugt wird.
• (10. Januar 2008)
14.01.2010
• Theorie der Dunklen Materie macht
präzise Vorhersagen - aber bei
Zwerggalaxien scheitert sie fortgesetzt.
Neue Computersimulationen zeigen:
Explodierende Sterne lösen das Problem!
• Sie sagen voraus, dass Zwerggalaxien eine Art
Scheitelpunkt besitzen würden, dass die
Materiedichte von der Mitte nach außen hin
kontinuierlich abfallen sollte. Tatsächlich haben
Messungen aber eine ganz andere Struktur
zutage gefördert, große zentrale Kerne mit
gleichbleibender Dichte. "Core-cusp dilemma"
nennen Fachleute diesen Widerspruch, zu dem
sich noch ein zweiter gesellt. Laut bisherigen
Simulationen sollten Zwerggalaxien auch
schneller rotieren als sie es tatsächlich tun.
• Laut Berechnungen aber explodieren die
massivsten Sterne in Form von
Supernovae und reißen dabei nicht nur
sichtbare Materie in das All, sondern auch
Dunkle. Das senkt die Materiedichte im
Inneren der Zwerggalaxien und hemmt die
Bildung von Millionen von Sternen.
• Dadurch stimmt die Theorie der Dunklen
Materie wieder.
Alternative Möglichkeiten
Mond-Hypothese
(Modifizierte Newtonsche Dynamik)
Tensor-Vektor-Skalar-Gravitationstheorie
Die Gravitationsstärke ist in Abhängigkeit von der Entfernung zur
Masse, welche die Gravitation verursacht.
2004 erstmals von Jacob Bekenstein formuliert
Kann die Teilung von Dunkler und normaler Materie im
Galaxienhaufen 1E0657-56 nicht erklären.
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Unmögliche Beziehungen
Die Studie in "Nature" von Gianfranco Gentile et al.: "Universality of galactic surface densities
within one dark halo scale-length"
Benoit Famaey. "Die dunkle Materie scheint irgendwie viel zu genau zu 'wissen', wie die
sichtbare Materie in Galaxien verteilt ist."
Zusammen mit Kollegen aus Belgien, Schottland und Italien berechnete er, wie groß die Menge
dunkler Materie in den inneren Regionen verschiedener Galaxien anhand der
Beobachtungsdaten sein müsste. "Dabei haben wir eine Beziehung zwischen den beiden
Materieformen festgestellt, die es eigentlich gar nicht geben dürfte", sagte er.
Beschleunigung macht dunkle Materie notwendig
Merkwürdigerweise scheinen sich die Sterne im Zentrum großer Galaxien normal zu verhalten.
Man kann sich eine kugelförmige Grenzfläche denken, die das Zentrum umschließt. Innerhalb
dieser Grenzfläche braucht man die dunkle Materie gar nicht. Außerhalb verläuft der
"Sternentanz" aber nicht mehr wie eigentlich erwartet.
Die Forscher setzten nun die Größe der Grenzfläche zur Gesamtmasse der sichtbaren Materie
in Beziehung, die von ihr umschlossen wird. Erstaunlicherweise ist diese "Flächendichte"
konstant - ein völlig unerwartetes Ergebnis. Man kann es nämlich so interpretieren, als würde
die dunkle Materie erst ab einer bestimmten Beschleunigung nötig.
Physikalische Lücken
"Irgendetwas geht da vor, das nicht in das bisherige Paradigma passt", meint Famaey. Die
Analysen legen seiner Meinung nach zwei mögliche Erklärungen nahe: Entweder sei die
Interaktion zwischen normaler und dunkler Materie komplexer als bisher gedacht. Oder - und
diese Lösung sei in vielerlei Hinsicht weit einfacher - die Gravitationsgesetze von Newton und
Einstein müssten modifiziert werden. In den galaktischen Dimensionen würden dann größere
Gravitationskräfte wirken.
Der israelische Wissenschaftler Mordehai Milgrom hatte diese Überlegung bereits 1983
angestellt. "Die jetzigen Beobachtungen decken sich genau mit dem, was Milgrom
vorhergesagt hat", sagte Pavel Kroupa vom Bonner Argelander-Institut für Astronomie. "Sie sind
ein weiterer eindrucksvoller Hinweis, dass die Newton'sche Gravitationstheorie so nicht
stimmen kann.„
01.10.2009 ORF