Astronomie: Dunkle Materie

dkracht

Gehört zu: Kosmologie
Siehe auch: Standardmodell der Kosmologie

Stand: 06.06.2024

Die Idee: Dunkle Materie

Der Begriff “Dunkle Materie” wird benutzt um Materie zu bezeichnen, die Gravitation verursacht, aber nicht sichtbar ist; also nicht durch elektromagnetische Wechselwirkungen (z.B. Licht) bemerkbar ist.

Gravitation

Große Massen irgendwo im Kosmos beeinflussen die Bewegung anderer Massen durch ihre Gravitation.

Dazu haben wir die Keplerschen Gesetze und das Newtonsche Gravitationsgesetz.

Nach dem Dritten Keplerschen Gesetz gilt für die Umlaufszeiten Ti und die großen Halbachsen ai:

\( \Large \frac{T_1^2}{T_0^2} = \frac{a_1^3}{a_0^3} \\\)

Für unser Sonnensystem können wir die Erdbahn mit a = 1 AE und T = 1 Jahr nehmen und bekämen:

\( \Large T = a^{1.5} \\ \)

Die Bahngeschwindigkeit in einer Kreisbahn wäre:

\(  \Large v = \frac{2 \pi a}{T} = 2 \pi a^{-0.5}\\ \)

Abblidung 1: Kreisbahngeschwindigkeit (GitHub: Kepler.svg)

Der Coma Galaxienhaufen

Fritz Zwicky (1898-1974): Coma-Haufen

  • Schon 1930 hat Fritz Zwicky bei der Untersuchung des Coma Galaxienhaufens festgestellt, dass sich dort die Galaxien viel schneller bewegen als es nach der Abschätzung der Gesamtmasse des Galaxienhaufens sein sollte.
  • Zwicky postulierte deshalb die Anwesenheit von unsichtbarer Materie im Coma-Haufen.
  • Der Begriff „Dunkle Materie“ wurde geprägt.

Rotationskurven in Spiralgalaxien

Vera Rubin (1928-2016): Rotationskurve M31

Dieses berühmte Diagramm stammt aus der Arbeit Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions, die Rubin im Jahr 1970 veröffentlichte.
Die x-Achse zeigt den Abstand zum Zentrum der Galaxie; die Einheiten sind oben in Kiloparsec angegeben und unten in Bogenminuten. Und man erkennt deutlich, dass die Kurve im rechten Bereich des Diagramms nicht – wie zu erwarten wäre – nach unten abfällt, sondern im Wesentlichen gerade verläuft.

Abbildung 2: Rubins Rotationskurve M31 (scr3.golem.de/screenshots/1701/verarubin/thumb620/rubin_1.jpg)

)

Credit: V. Rubin and K. Ford, Astrophysical Journal, vol. 159, p.379 (February 1970).