Abbildungen 7

1960, Vera Rubin: Umlaufgeschwindigkeit der
Sterne um das galaktisches Zentrum nimmt mit zunehmender Entfernung
nicht ab.
- müssten sie aber, da schwächere Gravitation
Rotationskurven von Spiralgalaxien
Erwartetes Verhalten der Rotationsgeschwindigkeit einer Spiralgalaxie:
m  M m  v2
Aus G 2 
folgt v  G  M
r
r
r
1
Mit M  43     r 3 folgt v  ( 4   G    r 2 ) 2 ~ r
3
1
innerhalb der Galaxie. Ausserhalb ist mit M = const v ~
r
Aber: Messung mithilfe von
Dopplerverschiebung ergibt für große r:
v(r )  const  M ~ r
Dies kann durch Dunkle Materie in
einen sphärischen Halo um die
Galaxie erklärt werden.
Kirstin Wohlfart Dunkle Materie 25.1.02
Gravitationslinsen
Gravitationslinsen
von Galaxien
wesentlich bestimmt
durch DM
„Abell 2218“ Haufen
(Hubble)
Analog:
Multipolentwicklung des CMB
Homogenität : T/T  0.1%
T  mK
T/T10-5
Versuch die Strukturen aus
Dichteschwankungen zu
simulieren
„Millennium Simulation“
Frühe Strukturbildung trotz der
Hitze im jungen Universum
nicht ohne zusätzliche Masse
erklärt werden.
(Strahlungsdruck)
Zusammenfassung - Kandidaten
• MACHOs:
Massive Astrophysical Compact Halo Objects
(z.B. Brauner Zwerg, Neutronensterne), nicht-leuchtende
baryonische Materie
• Neutrinos: (zu wenig Masse)
• WIMPs :
Weak Interacting Massive Particles
nicht-baryonische Materie; möglich, aber nicht
nachgewiesen
• Axion:
nicht-baryonische Materie; möglich, aber nicht
nachgewiesen
-> noch keine bestätigte Erklärung für Dunkle Materie gefunden
-> liegt u.a. an schwierigem Nachweis
16
ma c 2
q
2 Ea (c)
Sensitivität für
qL  1
Ausschließungsplot
Kopplungsstärke: modellabhängig
g a 
mit
ma< 0.02 eV

[GeV 1 ]
2  f a
107 [GeV ]
ma  0.6 [eV ] 
fa
 g a  1.7 10
10
 ma [eV ]
If axions are dark matter, they are a relic
of the early universe. A particular scenario
coupled with the requirement that the
axion mass density not severely overclose
the universe results in a lower bound to
the axion mass.
 Solar Axion Telescope – „CAST“
 Dark Matter Axion Search – „ADMX“
 Vacuum Optical Properties –“PVLAS“ etc.
 Photon Disappearance Experiments
 New Force Search – Torsion Pendulums, etc.
CAST
Current Axion Search Experiments
Ausschließungsplot (UCN)
bisheriges Resultat
erwartete Genauigkeit (am Zahlenbeispiel)
gs g p 
1030
2
1  exp(0.1 /  )1 1  exp(0.01 /  )1
D  0.1m ; d  0.01m
/
129Xe
clock comparison to get rid
of magnetic field drifts
B [nT]
3He
406.68
drift ~ 1pT/h
406.67
  10-5 Hz/h
406.66
0
129Xe
5
10
15
3He
(4,7 Hz)
  L, He 
 He
!
 L, Xe  0
 Xe
20 t [h]
(13 Hz)
Dewar housing
the LTc-SQUIDs
Pb-glass cylinder
3He/129Xe
cell