Die Materie in unserem Universum ist nicht willkürlich verteilt. Die Planeten gehören zu einem Planetensystem und umkreisen einen Stern. Sterne bilden (gemeinsam mit den vagabundierenden Planeten) eine Galaxie. Die Galaxien finden sich zu Galaxienhaufen zusammen. Viele Galaxienhaufen bilden zusammen einen Superhaufen. Und selbst die Superhaufen sind nicht einfach irgendwie im All verteilt sondern finden sich zu den größten bekannten Strukturen des Universums zusammen: den Filamenten. Betrachtet man das Weltall auf sehr großen Skalen, dann besteht es aus gewaltigen Bereichen, in denen sich nichts befindet, die von den aus Galaxienhaufen gebildeten Filamenten umgeben sind. Das Fundament dieses kosmischen Netzes aber bildet die dunkle Materie. Die ist unsichtbar – aber offensichtlich ist den Astronomen nun doch gelungen, einen Blick hinter die Bühne auf die dunklen Fasern des kosmischen Netzes zu werfen.
All die Galaxienhaufen, die wir sehen können, machen nur einen kleinen Teil der gesamten Materie im All. 83 Prozent der Materie ist dunkel. Das bedeutet, sie wird nicht von elektromagnetischer Strahlung beeinflusst; reflektiert also kein Licht und absorbiert es auch nicht. So wie der Rest der Materie im Universum unterliegt aber auch die dunkle Materie der Gravitationskraft und so hat man sie dann schließlich auch entdeckt. Denn egal wohin man blickt: Überall sehen die Astronomen, dass sich die Himmelskörper nicht so bewegen wie sie sollen. Sterne bewegen sich zu schnell um die Zentren ihrer Galaxien. Galaxien bewegen sich zu schnell durch ihre Galaxienhaufen. Es muss dort draußen viel mehr Materie geben, als man sehen kann, die für diese Bewegung verantwortlich ist. Auch viele andere Beobachtungen und die kosmologischen Modelle sagen uns, dass die sichtbare Materie nur ein kleiner Teil des großen Ganzen ist.
Im frühen Universum hat zuerst die dunkle Materie große Strukturen gebildet. Dort wo sich große Mengen an dunkler Materie befanden, wurde auch die normale Materie angezogen. Dort bildete sie die Galaxienhaufen mit all den Galaxien und Sternen, die wir heute beobachten können. Aber zwischen den Galaxienhaufen befinden sich immer noch die Fasern aus dunkler Materie des eigentlichen Netzes.
Diese dunklen Filamente sind schwer zu beobachten. So schwer, dass eigentlich niemand damit gerechnet hat, dass es vielleicht doch gelingen könnte. Aber wie beobachtet man eigentlich dunkle Materie, wenn sie unsichtbar ist? Dafür benutzt man den Gravitationslinseneffekt. Masse krümmt den Raum – das gilt auch für dunkle Materie. Und Lichtstrahlen folgen der Raumkrümmung. Große Mengen an Masse können also so wirken wie eine optische Linse und das Licht ferner Galaxien ablenken. Das Bild der Galaxie wird auf charakteristische Art und Weise verzerrt und aus dieser Verzerrung kann man berechnen, wie viel dunkle Materie vorhanden sein muss. Astronomen suchen also nach genau diesen verzerrten Bildern und nutzen sie, um herauszufinden, wo sich dunkle Materie befindet.
Jörg Dietrich von der Universität Michigan und seine Kollegen haben so eine Untersuchung bei den beiden Galaxienhaufen Abel 222 und Abel 223 durchgeführt. Dabei haben sie etwas gefunden, dass ein Filament aus dunkler Materie sein könnte:
Das Bild zeigt das, was im normalen, sichtbaren Licht sehen würde. Darüber gelegt sind Konturen, die angeben, wo sich hier Materie (normal und dunkel) befindet. Oben befindet sich Abel 223, unten ist Abel 222. Aber auch zwischen ihnen befindet sich Materie – eine „Brücke“, die beide Galaxienhaufen verbindet.
Ist das tatsächlich ein Filament aus dunkler Materie? Um das zu prüfen, haben die Wissenschaftler zuerst mal nachgesehen, ob das nicht vielleicht ganz normale Materie sein könnte. Vielleicht ein dünnes Gas, dass man auf dem Bild nicht sehen kann, weil es nicht stark genug leuchtet. Das es diese „Intraclustermedium“ gibt, wissen wir. Weil es sehr heiß ist, gibt es Röntgenstrahlung ab und die kann man mit Röntgenteleskopen beobachten. Das haben die Forscher getan und gezeigt, dass die normale Materie allein nicht für die gemessene Masse verantwortlich sein kann.
Es wäre auch möglich, dass es sich nicht um ein Filament handelt, sondern einfach um die Außenbereiche der beiden Galaxienhaufen, die sich ein wenig überlappen. Um das zu klären haben die Astronomen sehr viele Computersimulationen durchgeführt. Mal nur mit Galaxien, mal mit zusätzlichen Filament. Die Simulationen mit Filament konnten die Beobachtungen jedesmal deutlich besser reproduzieren als die ohne.
Es scheint sich also tatsächlich um ein Filament aus dunkler Materie zu handeln, dass sich zwischen zwei Galaxienhaufen erstreckt. Ich finde das enorm aufregend. Wir blicken hier auf die grundlegende Struktur des Universums; die Struktur, die all dem zu Grunde liegt, was wir sehen können. In wenigen Jahren wird die europäische Raumfahrtagentur ESA die Raumsonde Euclid ins All schicken. Sie ist speziell für die Suche nach dunkler Materie ausgerüstet. Es wird nicht mehr lange dauern, bevor wir das Gerüst sehen können, auf dem unser Universum aufgebaut ist.
Eine kurze Frage:
Was hat es in der ersten Grafik mit dem „Mpc/h“ auf sich? Wenn ich das richtig verstehe, wäre das ja eine Art Geschwindigkeit. Warum steht das da als Längeneinheit?
Liebe Grüße
Hi,
das obere der beiden Bilder haettest du noch etwas beschrieben koennen. Sind denn die hellen Gebiete und Streifen die dunkle Materie? Das Ganze erinnert irgendwie an Nervenbahnen, ist doch alles eine Kopie des Mikrokosmos oder andersherum?
gruss
marco
@Marco: „Hi, das obere der beiden Bilder haettest du noch etwas beschrieben koennen. Sind denn die hellen Gebiete und Streifen die dunkle Materie?“
Naja, ich dachte das „Die Verteilung der dunklen Materie“ ausreichend klar ist…
Cool, zur Zeit ist’s in der Wissenschaft richtig spannend! Erst Higgs, dann vielleicht bald Dunkle Materie… 🙂
mpc dürften Megaparsec sein – das h verstehe ich auch nicht
@Falanu: „: Was hat es in der ersten Grafik mit dem „Mpc/h“ auf sich? Wenn ich das richtig verstehe, wäre das ja eine Art Geschwindigkeit. „
Also auf kosmologischen Skalen macht es wenig Sinn, eine Geschwindigkeit in „pro Stunde“ anzugeben. Das „h“ sollte hier für den Hubble-Parameter stehen. Wikipedia erklärt das genau: https://en.wikipedia.org/wiki/File:AstroMSseqF_063aL_%2818135101%29.jpg
(OT) Der neue Link zu EsoWatch: https://psiram.com/
Ja, weil die Hubble-Konstante H noch nicht genau ermittelt werden konnte (auf der Wikipedia-Seite sind mittlerweile 4 verschiedene Werte angegeben), führte das Virgo-Konsortium
ein.
Somit ergibt sich, wenn man z.B. H = 74 annimmt:
multipliziert mit 3,26 ergibt sich die Länge in Mio. Lichtjahren
@Florian Freistetter Du schreibst „83 Prozent der Materie ist dunkel.“ Wo kommt die Angabe 83% her? Auf der von dir verlinkten Seite zur Millenium-Simulation stehen 23%. Bei der Max Planck Gesellschaft finde ich 70%.
@roel: „Wo kommt die Angabe 83% her? Auf der von dir verlinkten Seite zur Millenium-Simulation stehen 23%. Bei der Max Planck Gesellschaft finde ich 70%. „
Auf der Millenium-Seite haben sie sich wahrscheinlich auf die komplett Materie/Energie-Bilanz des Universums bezogen und die dunkle Energie mit eingerechnet. Die macht aber knapp 70% insgesamt (also von dunkler Energie + dunkler Materie + normaler Materie) aus. Die aktuellen Werte lauten rund: 73 Prozent Dunkle Energie, 23 Prozent Dunkle Materie, 4 Prozent normale Materie. D.h. du hast etwa 85 Prozent DM und 15 Prozent normale Materie, wenn du dich nur auf die Materie beziehst. Die Werte sind aber nicht exakt bekannt und die Angaben variieren um 1-2%. Die 70% der MPG sind allerdings ein deutlich veralteter Wert.
@Florian Freistetter:
Die Konturlinien stellen doch die Stärke der Gesamt-Verzerrung dar, wie sie bei uns ankommt.
Wie kann man eigentlich entscheiden, in welchen Abständen von uns (evt. ja auch weiträumig verteilt) und durch welche (Einzel-)Massen, diese Verzerrung erzeugt wird?
So könnten doch zB. im Konturbild zwei andere Massereiche Objekte vor und/oder hinter der Ebene der beiden Abells auch einen Einfluß auf die Verzerrung ausüben.
Herzliche Grüße.
Hi
Als allererstes mal ein großes Lob an dich (Du´tsen ok?) Florian. Bin seit länger Zeit schon ein begeisterter Leser deines Blogs, grandios was du so anstellst und wieviel innere Ruhe du immer und immer wieder beweißt. Weiter so…
Jetzt aber mal eine wahrscheinliche doch amateurhafte Frage:
Wie errechnet „ihr“ Astronomen die sichtbare Masse? Ich meine, man sieht doch max. die Sonnen und deren Zusammensetzung/Temperaturen. Das man daraus dann deren Masse schätzen kann nehme ich mal an. Aber die restliche Masse in Systemen sieht man doch nicht, ist deren Prozentsatz so gering, dass eine Schätzung reicht? (Noch nicht entzündete Sterne bzw. deren Nebel sieht man ja durch UV- oder IR-Licht, während Masse in Systemen von ihrer Sonne überblendet werden) Wie kann man die Zahl von Planemos schätzen, wenn man gerade mal einige per Linseneffekt finden konnte? Auch gibt es Unmengen von Sternen und Galaxien, sind die alle katalogisiert und ausgemessen? Wie misst man die Masse im Universum, deren Licht noch gar nicht zu uns durchgedrungen ist? Ich meine die, die ausgehend vom BigBang in die von uns aus gesehen entgegengesetzte Richtung flog? (Die sollte doch am weitesten weg sein, oder? Zumindest UDFy-38135539 ist doch gerade erst als älteste Galaxie entdeckt worden, die Galaxien die noch weiter weg sind sollten doch gar nicht mehr sichtbar sein, oder?
Ok, danke für die Erklärungen. „Pro Stunde“ mach da ernsthaft nicht sonderlich viel Sinn. Aus der Gewohnheit heraus hab ich das kleine h zuerst so gelesen; die Definition h = H /100 hab ich dann heute gelernt. 🙂
@Florian Freistetter Danke.
@Der Neue Schreiberling
Ich denke mal, man ermittelt die sichtbare Masse aus der Gesamthelligkeit der Galaxien. An unsichtbarer Materie kann aus folgenden Gründen nicht allzu viel da sein:
Unsere Sonne hat die 700-fache Masse aller Planeten im Sonnensystem, im Schnitt machen Planeten nicht viel an der Gesamtmasse aus von Sternsystemen.
Was Planemos oder dunkle Objekte betrifft, danach wurde schon wiederholt bei Beobachtungsprojekten von Gravitationslinseneffekten durch sogenannte MACHOs (Massive Compact Halo Objects) innerhalb der Milchstraße gesucht und bei weitem nicht genug Ereignisse gefunden, um die Dunkle Materie zu erklären.
Was Gas und Staub betrifft: Gas verrät sich durch Absorptionslinien im Licht dahinter liegender Sterne oder leuchtet selbst in Sternentstehungsgebieten durch Anregung im Ultravioletten. Staub und andere Dunkelwolken verraten sich durch langwellige Temperaturstrahlung und können in diesen Wellenlängenbereich „gesehen“ werden. Deren Masse kann also auch geschätzt werden.
Die Gesamtmasse von Galaxien oder Galaxienhaufen einschließlich dunkler Materie kann man wiederum mit dem Virialsatz aus den Geschwindigkeiten der beteiligten Objekte abschätzen.
Galaxien, die außerhalb des Beobachtungshorizonts liegen, spielen keine Rolle, wir wissen ja ohnehin nicht, wie groß das Universum dahinter noch ist. Für die Beschreibung der Entwicklung des Universums reicht völlig die Dichte, also die Masse pro Volumen, und die kann man für eine beobachtbare Region messen. Diese wird dann mit dem Buchstaben Omega beschrieben, der so normiert ist, dass der Wert 1 genau der kritischen Dichte entspricht, für die das Weltall eine flache Geometrie hat. Die Dichte setzt sich zusammen aus Anteilen für die sichtbare Materie, die Dunkle Materie und die Dunkle Energie, mit den Zahlen, die Florian oben genannt hat. Der gemessene Wert ist 1 im Rahmen der Messgenauigkeit (im Bereich eines Prozents). Siehe auch hier.
Ich sollte noch anfügen, dass man auf diese Weise die leuchtende und Gesamtmasse für einzelne Galaxien und Galaxienhaufen messen kann.
Die genauesten Messungen von Omega und seiner Bestandteile gelingen jedoch an der kosmischen Hintergrundstrahlung, jüngst z.B. mit der Raumsonde WMAP. Daher stammt die 1%-Genauigkeit (siehe hier, rechte Spalte, bei der noch Messungen von Baryonischen Akustischen Oszillationen in der Hintergrundstrahlung sowie der Expansionsrate des Universums gemessen an Supernova-Explosionen mit berücksichtigt wurden).
öhm, wow…
Den Input muss ich mal verarbeiten… …danke.
Aber grob gesagt, man kann die Dichte mittels (Strahlungs-)Temperatur des Weltalls ableiten und daraus die Anteile errechnen? Laienhaft ausgedrückt wird die (Adier-)Schlange an der Kinokasse einfach umgangen und an der Lautstärke des Geschreies die Anzahl der Personen ermittelt?
Cool…
@Der neue Schreiberling
Die Dichte der leuchtenden Materie, welche die Hintergrundstrahlung ausgesendet hat, kann man, so viel ich weiß, direkt aus der Leuchtkraft der Hintergrundstrahlung ermitteln.
Im Prinzip machte man mit WMAP (und macht es zur Zeit mit PLANCK) folgendes:
– zum einen hat man die Temperatur des Mikrowellenhintergrundes, ca. 2,7 K. Diese entspricht einer Rotverschiebung der ursprünglichen Temperatur. Die ursprüngliche Temperatur ist diejenige, bei der Wasserstoffatome die freien Elektronen erstmals dauerhaft einfangen konnten, so dass das Weltall von einem undurchsichtigen Plasma zu einem durchsichtigen dünnen Gas wurde. Diese Temperatur ist für den Wasserstoff sehr gut bekannt und liegt bei 3000K. Folglich hat man das Verhältnis aus der gemessenen und der ursprünglichen Temperatur, die einer Rotverschiebung um den Faktor 1089 entspricht. Das Weltall war also zu der Zeit, der die Hintergrundstrahlung entstammt, in jeder Dimension 1089-mal kleiner.
Fragt sich, wie klein. Man findet kleine Temperaturunterschiede in der Hintergrundstrahlung und kann nach den größten Abständen suchen, über welche diese noch irgendwie korreliert (abhängig) sind. Solche Korrelationen können nur über Entfernungen bestehen, die sich seit dem Urknall (genauer gesagt, dem Ende der kosmischen Inflationsphase) mit höchstens Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernt haben. Über die Messungen der Korrelationen erhält man also eine Art Maßstab auf der kosmischen Hintergrundstrahlung. Diese Messungen lieferte WMAP.
Damit weiß man dann auch sofort, wie alt das Universum zur Zeit der Abstrahlung der Hintergrundstrahlung war: die größte korrelierte Strecke geteilt durch die Lichtgeschwindgkeit. Wir wissen außerdem, dass sich das Weltall um den Längenfaktor 1089 seither vergrößert hat. Mit Hilfe der Friedmann-Gleichung, der heutigen Hubble-Expansionsrate, der heutigen Dichte und Messungen der Hubble-Rate zu früheren Zeiten (Typ-I-Supernovae) lässt sich die Expansionsgeschichte des Universums bis heute extrapolieren und wenn man die richtigen Werte für dunkle Energie, Dunkle Materie und leuchtende Materie einsetzt kommt man auf Alter und Dichte des heutigen Universums. Wie das im Detail gerechnet wird, weiß ich allerdings leider auch nicht so genau.
Hallo ihr Lieben
Ich denke mal das ich hier falsch bin, aber ich hab mal eine Frage an den Profis hier.
Habt ihr davon schon gehört oder was wisst ihr darüber. ?
https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/new-structure.html
Ich kann halt kein Englisch.
Danke schonmal
Micha
@Micha: „Habt ihr davon schon gehört oder was wisst ihr darüber. ?“
Naja, die Entdeckung ist auch schon ein paar Jahre alt. Hier ist ein Artikel auf deutsch: https://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/news/2011/milchstrasse-schockwellen-erzeugen-riesenblasen/
Hallo alle zusammen!
@Florian: mit dem Bild komm ich nicht ganz klar … was ist der blaue Schimmer der überall auf dem Bild zu sehen ist?? wurde der zum leichteren Verständnis eingefügt oder wie?
FF schrieb:
Die Farbe (hier: blau) ist nicht notwendigerweise die, die man mit dem bloßen Auge sehen würde. Aber die Leuchtdichte wäre real, gesetzt den Fall, deine Augen wären empfindlich genug.
oh danke – hab ich übersehen !
@Florian Freistetter
Ich bin skeptisch, wenn ich solche Berichte https://www.astronews.com/news/artikel/2012/07/1207-016.shtml wo anders eher finde als hier. Angeblich haben Forscher erstmals Dunkle Galaxien entdeckt.
Ist da was dran?
@roel: „Ich bin skeptisch, wenn ich solche Berichte https://www.astronews.com/news/artikel/2012/07/1207-016.shtml wo anders eher finde als hier. „
Ich bin leider keine Zeitung und keine komplette Redaktion sondern nur ein einzelner Mensch. D.h. ich kann nicht immer genauso schnell über alles interessante berichten wie die richtigen Medien. Die Meldung jedenfalls klingt nicht unglaubwürdig (warum sollte sie das sein?). Es geht dabei übrigens nicht um dunkle Materie o.ä.
Bei der ESO kann man die PM nachlesen: https://www.eso.org/public/news/eso1228/ Da ist auch das paper verlinkt: https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1228/eso1228.pdf
@roel
Der Artikel verlinkt doch auf’s Paper und auf die ESO. Wird dann schon stimmen. Scheinen wohl kleinere Galaxien (gewesen) zu sein, die nicht massiv genug waren, um schnell und zahlreich Sterne daraus zu bilden, die jeodch später mit größeren Galaxien verschmolzen und denen zusätzliches Gas für die Sternentwicklung lieferten.
Die Theorie der Galaxienentwicklung besagt, dass sich Galaxien durch Verschmelzung von kleineren zu immer größeren Objekten gebildet haben, und dass die ursprünglichen Zwerggalaxien aus Gaswolken des primordialen Gases im All entstanden. Da gab’s dann wohl größere und kleinere Wolken; die kleineren kollabierten zu langsam, um effizient Sterne zu bilden. So verstehe ich den Artikel.
@Florian Freistetter „Ich bin leider keine Zeitung und keine komplette Redaktion sondern nur ein einzelner Mensch“ Aber eine unheimlich produktive One-Man-Show.
„Es geht dabei übrigens nicht um dunkle Materie o.ä.“ Ah ja, wieder was dazu gelernt. Es gibt Dunkle Materie, Dunkle Energie und Dunkle Galaxien.
@roel
Ja, und Dunkelwolken gibt’s auch noch. Die haben aber alle wenig miteinander zu tun, außer dass sie eben irgendwie schlecht zu sehen sind.
@Alderamin Und noch was gelernt. Danke.
*grins* nun ja, zumindest bei Dunkelwolken sieht man recht gut das man nichts sieht *grins*
@StefanL
Deswegen das „irgendwie“. Gegen DM sind Dunkelwolken ja geradezu Xenon-Scheinwerfer… 🙂
Alderamin schrieb:
Die Theorie der Galaxienentwicklung besagt, dass…
Dazu ist anzumerken, dass es eben gerade keine breit akzeptierte Theorie zur Galaxienentstehung gibt. Das ist gegenwärtig ein heißes Forschungsgebiet in der Kosmologie. Diese mögliche Entdeckung von Dunkelgalaxien trägt jedoch zu dieser Forschung bei.
Apropos Scheinwerfer – ich kann ja einigermaßen nachvollziehen, daß die Strahlung die entsteht wenn DM mit DM (im Halo) reagiert im ‚Hintergrundrauschen‘ einer Galaxie untergeht – gilt das ebenfalls für die in Filamenten entstehende Strahlung bzgl. der Hintergrundstrahlung(von ~2,7K) ? Und weitergefragt, geht nicht ein gewisser Anteil der Hintergrundstrahlung eben auf DM-Anhilierung zurück (…hoch spekulativ was sich hinter dem Horizont befindet…) welches dann ggfs. Implikationen für manche kosmologische Annahmen hätte(e.g. das Alter des Universums, diese 13,7 MrdY, ist doch ohne so einen Effekt nur aus den 2,7K bestimmt(?)) ? Ansonsten hat man doch mit den Filamenten ’nur‘ eine gravitationelle Raum(zeit)-Verzerrung beobachtet die sich durch DM(WIMPs) ganz passable erklären läßt aber doch nicht nachgewiesener Maßen DM, oder?
Das stimmt sicher, aber dass größere Galaxien sich kleinere einverleibt haben, ist durch Beobachtung gesichert. Die Zahl der Zwerggalaxien nimmt mit abnehmendem Weltalter immer mehr zu. Da liegt es nahe, dass es auch sehr kleine Galaxienvorläufer gegeben hat, die kaum genug Masse hatten, um Sterne hervorzubringen – so interpretiere ich den ESO-Artikel, wenn dort gesagt wird
Alderamin zitierte:
Ja, du interpretierst richtig, denke ich auch. Aber ich wollte nur darauf hinweisen, dass nicht ohne Grund „theories“ mit ’s‘ dort steht. Und auch nicht ohne Grund steht dort nicht „by all theories of galaxy formation“. Manchmal ist Wortklauberei angebracht :-).
@Ronald
Einverstanden!
„Das es diese „Intraclustermedium“ gibt, wissen wir“. Das muss „Medien“ heißen. 😉