Astronomie

Schatten des Lichts = Raum oder dunkle Materie?

Schatten des Lichts = Raum oder dunkle Materie?


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Vielleicht ist mein Titel irreführend. Aber hier ist mein Verständnis und ich suche nach Bestätigung.

Ohne Licht gibt es keine Dunkelheit.

Das einzige, was schneller als Licht ist, ist Dunkelheit (d. h. Schatten)

Sterne befinden sich in der Galaxie und sind von Natur aus hell.

Macht dies "dunkle Materie" zu bloßen Schatten extrem heller Objekte?

Muss es deshalb auch dunkel werden, bevor wir die meisten Sterne wirklich sehen können (subjektive Erfahrung)?

Aktualisieren:

Bei allem Respekt an den Benutzer mit der Antwort unten und vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, zu antworten ... Ich denke, dies kann erweitert werden.

Ich habe eine Quelle für meine Behauptungen angegeben: youtu.be/JTvcpdfGUtQ

Schauen Sie sich das Video an und es erklärt mehr mein Verständnis der Dinge…

Warum ich die Antwort unten nicht akzeptiere:

Können Sie Quellen für Ihre Behauptungen angeben?

Ich habe auch nicht gesagt, dass man DARK MATTER ohne Licht nicht haben kann, ich habe gesagt, dass man Dark nicht haben kann, wie in Darkness. Ich denke, Sie hängen an Dark Matter, was ein großer Teil meiner Frage ist, aber nicht die gesamte Frage.

Behaupten Sie auch, dass alle Dunkelheit im Weltraum dunkle Materie ist? Ich möchte nicht annehmen, aber aus wissenschaftlichen Gründen (kein akkreditierter Wissenschaftler) würden wir nicht zustimmen, dass die Messungen an dunkler Materie an einer Probe und nicht am gesamten Universum vorgenommen wurden?

Um dies weiter zu hinterfragen: Existieren keine Schatten im Weltraum?


Ohne Licht gibt es keine Dunkelheit.

Nicht wahr im Fall von Dunkler Materie (für den allgemeinen Fall siehe unten). Dunkle Materie wird "dunkel" genannt, weil sie anscheinend keine elektromagnetische Strahlung absorbiert oder emittiert - Licht! Es kann über Gravitationslinsen mit Licht interagieren, aber dunkle Materieteilchen haben keine elektromagnetische Ladung (wir denken) und werden daher als "dunkel" betrachtet.

Das einzige, was schneller als Licht ist, ist dunkel (d. h. Schatten)

Das stimmt, wie das Video erklärt.

Macht dies "dunkle Materie" zu bloßen Schatten extrem heller Objekte?

Dies ist der Kern der Frage, und die Antwort ist ein klares "Nein". Erstens alle "hellen Objekte", die zwar in der Lage sind, einen Schatten von etwas zu werfen sonst, emittiert elektromagnetische Strahlung.

Okay, warum kann es nicht einfach nicht extrem leuchtende Objekte geben, die einen Schatten werfen? Ein Grund ist, dass die dunkle Materie einfach nicht dort ist, wo diese Schatten sein sollten. Viele Galaxien haben einen Halo aus Dunkler Materie, der sich weit über die galaktische Ebene hinaus erstreckt. Alle Lichtquellen, die Licht aussenden (das dann abgeschattet wird), müssten sich auf der gegenüberliegenden Seite der galaktischen Scheibe befinden. Dies ist einfach nicht der Fall.

Der zweite, überzeugendere Grund ist, dass Dunkle Materie Masse hat. Tatsächlich wurde die Idee ursprünglich aus diesem Grund entwickelt (um Anomalien in galaktischen Rotationskurven zu berücksichtigen)! Schatten haben keine Masse; daher kann dunkle Materie nicht durch Schatten erklärt werden.

Muss es deshalb auch dunkel werden, bevor wir die meisten Sterne wirklich sehen können (subjektive Erfahrung)?

Nein. Ich weiß es nicht genau, aber ich glaube, das liegt daran, dass das Licht der Sonne immer noch das Licht entfernter Sterne blockiert.[Zitat erforderlich]


Nachtrag nach Bearbeitung der Frage

Können Sie Quellen für Ihre Behauptungen angeben?

Ich denke, dass sie ziemlich gut beschafft sind! Der erste Abschnitt kann leicht über Wikipedia überprüft werden (von dem ich angenommen habe, dass Sie es gesehen haben). Der Rest scheint auch gut beschafft zu sein (abgesehen vom letzten Stück, das zugegebenermaßen nicht beschafft, aber nur tangential ist).

Ich habe auch nicht gesagt, dass man DARK MATTER ohne Licht nicht haben kann, ich habe gesagt, dass man Dark nicht haben kann, wie in Darkness. Ich denke, Sie hängen an Dark Matter, was ein großer Teil meiner Frage ist, aber nicht die gesamte Frage.

Okay, vielleicht habe ich das falsch interpretiert.

Dunkelheit ist per Definition die Abwesenheit von Licht (elektromagnetische Strahlung). Also nein, du musst kein Licht haben, damit es Dunkelheit gibt.

Behaupten Sie auch, dass alle Dunkelheit im Weltraum dunkle Materie ist? Ich möchte nicht annehmen, aber aus wissenschaftlichen Gründen (kein akkreditierter Wissenschaftler) würden wir nicht zustimmen, dass die Messungen an dunkler Materie an einer Probe und nicht am gesamten Universum vorgenommen wurden?

Ich habe das nie gesagt, aber du hast es getan. Ihre ursprüngliche Frage lautete, ob dunkle Materie Schatten sein könnte. Die Antwort ist nein.

Um dies weiter zu hinterfragen: Existieren keine Schatten im Weltraum?

Sie existieren. Jedes Objekt, das eine Lichtquelle blockiert, wirft einen Schatten:

Dies wurde zufällig im Video verwendet, daher sollte es für Sie nicht neu sein.


Hubble fängt „Schattenspiel“ der Scheibe um ein Schwarzes Loch ein

Schwarze Löcher sind die Monster des Universums: unersättliche Essmaschinen, die alles verschlingen, was sich ihnen nähert.

Diese kompakten Giganten ziehen Sterne und Gas in eine Scheibe, die um sie herumwirbelt. Die Fütterung erzeugt eine ungeheure Energiemenge, die aus überhitztem einfallendem Gas einen kräftigen Lichtschwall erzeugt.

Diese Disketten sind so weit entfernt, dass es fast unmöglich ist, Details über sie zu erkennen. Aber durch eine Eigenart der Ausrichtung können Astronomen einen Blick auf die Struktur der Scheibe um das Schwarze Loch in der nahegelegenen Galaxie IC 5063 werfen. Das Hubble-Weltraumteleskop hat eine Ansammlung schmaler heller Strahlen und dunkler Schatten beobachtet, die aus dem gleißend hellen Licht herausstrahlen Zentrum der aktiven Galaxie.

Eine mögliche Erklärung für den Effekt ist, dass die staubige Materialscheibe, die das Schwarze Loch umgibt, ihren Schatten in den Weltraum wirft. Etwas Licht dringt durch Lücken im Staubring und erzeugt die hellen Strahlen, die den Flutlichtern ähneln, die eine Hollywood-Filmpremiere begleiten. Diese verräterischen Strahlen geben Hinweise auf die Materialverteilung in der Nähe des Schwarzen Lochs, das das Schattenspiel verursacht.

Faszinierend ist, dass wir bei Sonnenuntergang das gleiche Spiel von Licht und Schatten an unserem Himmel sehen können, wenn die untergehende Sonne helle Strahlen und dunkle Schatten durch vereinzelte Wolken wirft.


Größte Strukturen im Universum zeigen deutliches lichtverschobenes Rotationssignal

Galaxien befinden sich in Filamenten mit einer Länge von Hunderten von Millionen Lichtjahren auf einem Rückgrat aus dunkler Materie. Und wo sich diese Filamente treffen, gibt es Galaxienhaufen. Dazwischen befinden sich massive Hohlräume, in denen Galaxien spärlich sind. Ein Team von Astronomen in Deutschland und ihren Kollegen in China und Estland haben eine faszinierende Entdeckung gemacht. Diese massiven Filamente rotieren, und eine solche Rotation in einem so massiven Ausmaß hat es noch nie zuvor gegeben.

Durch die Kartierung der Bewegung von Galaxien in riesigen Filamenten, die das kosmische Netz verbinden, haben Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern in China und Estland herausgefunden, dass sich diese langen Galaxienranken in der Größenordnung von Hunderten drehen von Millionen Lichtjahren. Eine Rotation in solch gewaltigen Ausmaßen hat es noch nie gegeben. Die Ergebnisse veröffentlicht in Naturastronomie bedeuten, dass Drehimpulse in noch nie dagewesenen Größenordnungen erzeugt werden können.

Kosmische Filamente sind riesige Brücken aus Galaxien und Dunkler Materie, die Galaxienhaufen miteinander verbinden. Sie trichtern Galaxien zu und in große Haufen, die an ihren Enden sitzen. “Indem wir die Bewegung von Galaxien in diesen riesigen kosmischen Superhighways mit der Sloan Digital Sky-Durchmusterung – einer Vermessung von Hunderttausenden von Galaxien – kartiert haben, fanden wir eine bemerkenswerte Eigenschaft dieser Filamente: Sie drehen sich,”, sagt Peng Wang, Erstautorin der nun veröffentlichten Studie und Astronomen am AIP.

Noam Libeskind, Initiator des Projekts am AIP, sagt: “Obwohl es sich um dünne Zylinder handelt – ähnlich wie Bleistifte –, Hunderte Millionen Lichtjahre lang, aber nur wenige Millionen Lichtjahre im Durchmesser, drehen sich diese fantastischen Materieranken . Auf diesen Skalen sind die Galaxien in ihnen selbst nur Staubkörner. Sie bewegen sich auf Spiralen oder korkenzieherartigen Bahnen und kreisen um die Mitte des Filaments, während sie sich daran entlang bewegen. Solch eine Drehung wurde noch nie zuvor in solch enormen Ausmaßen gesehen, und die Implikation ist, dass es einen noch unbekannten physikalischen Mechanismus geben muss, der für das Anziehen dieser Objekte verantwortlich ist.”

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Künstlerische Darstellung kosmischer Filamente: Riesige Brücken aus Galaxien und Dunkler Materie verbinden Galaxienhaufen miteinander. Galaxien werden auf korkenzieherähnlichen Umlaufbahnen zu und in große Haufen geführt, die an ihren Enden sitzen. Ihr Licht erscheint blauverschoben, wenn sie sich auf uns zubewegen, und rotverschoben, wenn sie sich entfernen. Bildnachweis: AIP/ A. Khalatyan/ J. Fohlmeister

Wie der für die Rotation verantwortliche Drehimpuls im kosmologischen Kontext erzeugt wird, ist eines der zentralen ungelösten Probleme der Kosmologie. Im Standardmodell der Strukturbildung wachsen kleine Überdichten, die im frühen Universum vorhanden sind, durch gravitative Instabilität, wenn Materie von unter- in überdichte Regionen fließt. Ein solcher potentieller Fluss ist dreh- oder wellenfrei, im frühen Universum gibt es keine Urrotation. Als solche muss jede Drehung als Strukturen erzeugt werden. Das kosmische Netz im Allgemeinen und Filamente im Besonderen sind eng mit der Entstehung und Entwicklung von Galaxien verbunden. Sie haben auch einen starken Einfluss auf den Spin von Galaxien und regulieren oft die Richtung, in der Galaxien und ihre Halos aus Dunkler Materie rotieren. Es ist jedoch nicht bekannt, ob das derzeitige Verständnis der Strukturbildung vorhersagt, dass Filamente selbst, die nicht kollabierte quasilineare Objekte sind, sich drehen sollten.

“Motiviert durch den Vorschlag des Theoretikers Dr. Mark Neyrinck, dass sich Filamente drehen können, untersuchten wir die beobachtete Galaxienverteilung und suchten nach der Filamentrotation”, sagt Noam Libeskind. “Es ist fantastisch, diese Bestätigung zu sehen, dass intergalaktische Filamente sowohl im realen Universum als auch in der Computersimulation rotieren.”

Mithilfe einer ausgeklügelten Kartierungsmethode wurde die beobachtete Galaxienverteilung in Filamente segmentiert. Jedes Filament wurde durch einen Zylinder angenähert. Galaxien darin wurden in zwei Regionen auf beiden Seiten des Filamentstachels (in Projektion) unterteilt und die mittlere Rotverschiebungsdifferenz zwischen den beiden Regionen wurde sorgfältig gemessen. Die mittlere Rotverschiebungsdifferenz ist ein Proxy für die Geschwindigkeitsdifferenz (die Dopplerverschiebung) zwischen Galaxien auf der sich zurückziehenden und der sich nähernden Seite der Filamentröhre. Es kann somit die Drehung des Filaments messen. Die Studie impliziert, dass Filamente im Universum je nach Betrachtungswinkel und Endpunktmasse ein klares Signal zeigen, das mit der Rotation übereinstimmt.


Ressourcen

BÜCHER

Freeman, Kenneth C. Auf der Suche nach dunkler Materie. Berlin, Deutschland und New York: Springer, 2006.

ZEITSCHRIFTEN

Glanz, James. “ Beweise weisen auf ein Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße hin. ” New York Times, 6.9.2001.

Glanz, James. “ Foto verleiht Einsteins These der negativen Gravitation Gewicht. ” New York Times, 03.04.2001.

Auf Wiedersehen, Dennis. “ Dunkle Materie, immer noch schwer fassbar, gewinnt an Sichtbarkeit. ” New York Times 8. Januar 2002.

Wilford, John Noble. “ Konstruieren eines plausibleren Universums mit ‘ Warm Dark Matter. ” ’ New York Times, 2. Januar 2001.

ANDERE

Elgaroy, Oystein, Jaqueline Mitton und Peter Bond. “ Neutrinos machen nur ein Fünftel der Dunklen Materie aus. ” Tägliche wissenschaftliche Nachrichten der Universität 10. April 2002 <http://unisci.com/stories/20022/0410026.htm> (Zugriff am 6. Oktober 2006).

PhysOrg.com. “ Hat ‘ Dark Matter ’ die ersten Sterne erschaffen?. ” <http://www.physorg.com/news11798.html> (Zugriff am 6. Oktober 2006).

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Astronomie Wo die Schatten liegen

EINSTEIN selbst meinte, dass sie zwar existieren müssen, aber unmöglich zu erkennen wären. Doch der große Mann irrte sich. Astronomen haben „Einstein-Ringe“ gesehen, die entstehen, wenn Licht aus einer fernen Galaxie durch die Anwesenheit eines näheren massereichen Objekts, normalerweise einer anderen Galaxie, gebogen wird, das direkt auf ihrem Weg zur Erde liegt. Jetzt haben sie etwas noch Selteneres entdeckt: einen doppelten Einstein-Ring, der aus zwei solchen dazwischenliegenden Objekten besteht. Das resultierende Bild wirft sozusagen Licht auf die Frage, wie „dunkle Materie“ im frühen Universum verteilt war. Die genaue Natur dieser Art von Materie ist unbekannt, aber sie scheint ein Viertel des Inhalts des Universums auszumachen. Das jüngste Ergebnis deutet darauf hin, dass es weiter verbreitet ist als die sichtbare Materie, die zu Galaxien verklumpt ist, was Auswirkungen auf die Entstehung dieser Galaxien hat.

In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie schlug Einstein vor, dass Raum und Zeit durch die Anwesenheit massereicher Objekte verzerrt werden. Licht, das sich normalerweise und bekannterweise in geraden Linien fortbewegt, scheint daher einer gekrümmten Bahn zu folgen, wenn es in der Nähe eines schweren Gegenstands wie einer Galaxie vorbeikommt. Dieser Effekt wird als Gravitationslinseneffekt und das schwere Objekt, der ihn verursacht, als Gravitationslinse bezeichnet. Wenn Quelle, Linse und Beobachter exakt ausgerichtet sind, entsteht ein leuchtender Ring, der die Linse zu umgeben scheint.

Einstein verzweifelte daran, jemals eine Quelle und eine Linse zu finden, die genau auf einen Beobachter auf der Erde ausgerichtet war, und dachte, dass Teleskope, selbst wenn sie existieren würden, niemals stark genug sein würden, um den resultierenden Ring zu sehen. Trotzdem wurde 1987 der erste solcher Ring beobachtet. Nun hat eine Gruppe von Astronomen um Tommaso Treu von der University of California, Santa Barbara, zwei konzentrische Ringe gesehen.

Dr. Treu und seine Kollegen identifizierten zuerst die vielversprechendsten Orte, um nach Einstein-Ringen zu suchen – Teile des Himmels, an denen zwei oder mehr Galaxienhaufen hintereinander zu sehen sind. Dann durchsuchten sie diese Gebiete nach Galaxien, die zwei unterschiedliche Spektren zu haben schienen, was darauf hindeutete, dass hinter einem Objekt, das wie ein einzelnes Objekt aussah, tatsächlich ein anderes saß. Nachdem sie im Sternbild Löwe einen vielversprechenden gefunden hatten, drehten sie den Hubble Weltraumteleskop darauf.

Wie sie hofften, war das Bild der ersten Galaxie, die etwa 2 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt, von einem Lichtring der zweiten, die 6 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt, umgeben. Zu ihrer Überraschung entdeckten sie jedoch einen zweiten Ring, der aus Licht einer elf Milliarden Lichtjahre entfernten dritten Galaxie entstand.

Diese Entdeckung, die Dr. Treu auf einem Treffen der American Astronomical Society am 10. Januar in Austin, Texas, präsentierte, ist mehr als ein ungewöhnlicher und hübscher Stempel für die Sammlung der Astronomen. Der Durchmesser der Ringe hängt nicht nur von der Entfernung zu den Galaxien ab, die sie verursacht haben, sondern auch von der Masse dieser Galaxien. Je massiver sie sind, desto stärker wird das Licht gebeugt.

Dr. Treu und seine Kollegen verglichen die von den Ringen vorgeschlagene Masse mit dem, was sie tatsächlich sehen konnten. So konnten sie die Verteilung der Dunklen Materie studieren. Frühere Arbeiten hatten vorgeschlagen, dass Dunkle Materie das frühe Universum besät und als Kerne fungiert, um die sich sichtbare Materie zu Galaxien zusammenballt. Aber Dr. Treu fand heraus, dass sich die dunkle Materie weiter ausdehnte als die sichtbare Materie und einen Heiligenschein um sie herum bildete. Wenn sich dies anderswo als wahr herausstellt, wird die Galaxienentstehung schwieriger zu erklären.

Ein Doppelring könnte auch dazu beitragen, die dunkle Energie zu erklären, eine mysteriöse Kraft, von der angenommen wird, dass sie das Universum durchdringt und ihre Expansion beschleunigt. Der äußere Ring wird von einer Galaxie erzeugt, die etwa 5 Milliarden Jahre älter ist als die innere. Wenn weitere Doppelringe entdeckt werden und Dr. Treu optimistisch ist, dass sie es sein werden, sollte es möglich sein zu erkennen, ob die Menge der umgebenden dunklen Energie konstant geblieben ist oder sich im Laufe der Zeit verändert hat.

Einstein schlug die Existenz von etwas vor, das er die kosmologische Konstante nannte, um die Rolle zu erfüllen, die jetzt der dunklen Energie zugeschrieben wird. Wie der Name vermuten lässt, war nicht zu erwarten, dass er sich im Laufe des Universums ändert. Aber wenn es so wäre, wäre es nicht das erste Mal, dass Einstein sich irrte.

Dieser Artikel erschien im Bereich Wissenschaft & Technik der Printausgabe unter der Überschrift "Wo die Schatten liegen"


Ist die Dunkelheit in unserem Sonnensystem und/oder unserer Galaxie (was auch immer es sein mag) eine Illusion?

Licht breitet sich (im Allgemeinen) in geraden Linien von seiner Quelle aus.
Wir können nur Photonen sehen, die tatsächlich in unser Auge eindringen (entlang einer dieser geraden Linien).
Das Sonnensystem ist voller Photonen, die nur von links nach rechts oder von oben nach unten passieren, aber wir sehen sie nicht es sei denn etwas (wie ein Planet oder Staub) lenkt sie in unsere Augen.

Wenn Sie eine Taschenlampe oder einen Laserpointer in einen klaren Himmel richten, sehen Sie keinen Lichtstrahl, da diese Photonen nicht in unser Auge gelenkt werden - es sei denn, etwas reflektiert oder bricht sie.

Es sollte Licht von überall her kommen, wo ein Stern ist, ja, aber das ist nicht der ganze Himmel - werfen Sie einen Blick auf den Abschnitt zur Auflösung des Wiki-Artikels, der von @phinds verlinkt ist.

Es kann Ihnen helfen, ein Diagramm zu zeichnen. Zeichnen Sie irgendwo einen Punkt und zeichnen Sie gerade Pfeile, die in alle Richtungen davon ausgehen. Die Pfeile sind Lichtwege, die von einem Stern ausgehen. Legen Sie Ihre Fingerspitze irgendwo auf die Seite - das ist ein Astronaut im Weltraum. Aus welchen Richtungen kommen Pfeile, die unter Ihrer Fingerspitze verlaufen? Jede Richtung oder nur von der Richtung zum Stern?

Das Sonnensystem wird permanent mit Licht von der Sonne durchflutet. Aber solange dieses Licht nicht von etwas gestreut oder reflektiert wird, können wir es nicht sehen.

Nachts sieht man beispielsweise nur den Lichtstrahl einer Taschenlampe oder Autoscheinwerfer, weil ein Teil des Lichts an Partikeln in der Luft gestreut wird. Wenn Sie mit einer Taschenlampe durch ein Vakuum leuchten, sehen Sie nichts - es sei denn, die Taschenlampe zeigt auf Ihre Augen.

Wenn Sie nachts nach oben schauen, gibt es viel Licht von der Sonne, die die Erde (*) umgibt und sich in den Weltraum bewegt. Aber da es praktisch nichts gibt, außer dem einen oder anderen Planeten, der reflektiert werden könnte, gibt es keine Möglichkeit, ihn zu sehen.

(*) Außer natürlich im Schatten der Erde.

Es sollte Licht von überall her kommen, wo ein Stern ist, ja, aber das ist nicht der ganze Himmel - werfen Sie einen Blick auf den Abschnitt zur Auflösung des Wiki-Artikels, der von @phinds verlinkt ist.

Es kann Ihnen helfen, ein Diagramm zu zeichnen. Zeichnen Sie irgendwo einen Punkt und zeichnen Sie gerade Pfeile, die in alle Richtungen davon ausgehen. Die Pfeile sind Lichtwege, die von einem Stern ausgehen. Legen Sie die Fingerspitze irgendwo auf die Seite - das ist ein Astronaut im Weltraum. Aus welchen Richtungen kommen Pfeile, die unter Ihrer Fingerspitze verlaufen? Jede Richtung, oder einfach nur von der Richtung zum st

Es sollte Licht von überall her kommen, wo ein Stern ist, ja, aber das ist nicht der ganze Himmel - werfen Sie einen Blick auf den Auflösungsbereich des Wiki-Artikels, der von @phinds verlinkt ist.

Es kann Ihnen helfen, ein Diagramm zu zeichnen. Zeichnen Sie irgendwo einen Punkt und zeichnen Sie gerade Pfeile, die in alle Richtungen davon ausgehen. Die Pfeile sind Lichtwege, die von einem Stern ausgehen. Legen Sie Ihre Fingerspitze irgendwo auf die Seite - das ist ein Astronaut im Weltraum. Aus welchen Richtungen kommen Pfeile, die unter Ihrer Fingerspitze verlaufen? Jede Richtung oder nur von der Richtung zum Stern?


Beweise für klebrige dunkle Materie werden nicht verklebt

Die Natur der Dunklen Materie, der mysteriöse Stoff, dessen Schwerkraft vermutlich eine Galaxie zusammenhält, versinkt wieder in den Schatten. Vor drei Jahren berichtete ein Team von Astronomen, dass Dunkle Materie durch eine andere Kraft als die Schwerkraft mit sich selbst interagieren könnte, ein Hinweis, der Theoretikern helfen könnte, herauszufinden, was es ist. Neue Beobachtungen schließen solche Wechselwirkungen jedoch aus, berichtet das gleiche Team heute auf der gemeinsamen European Week of Astronomy and Space Science und dem National Astronomy Meeting 2018 in Liverpool, Großbritannien.

Zuvor untersuchten Forscher mit dem umlaufenden Hubble-Weltraumteleskop der NASA einen 1,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxienhaufen namens Abell 3827, dessen Gravitation das Bild einer weiter entfernten Galaxie verzerrt und vervielfacht. Aus den Verzerrungen leiteten die Forscher die Verteilung der Dunklen Materie im Cluster ab. Eine der vier Galaxien in ihrem Zentrum erschien getrennt von dem Klumpen oder Halo der dunklen Materie, der sie einhüllen sollte. Die Modellierung deutete darauf hin, dass die beiden getrennt wurden, weil die dunkle Materie mit sich selbst interagierte. Jede solche Wechselwirkung könnte Theoretikern helfen herauszufinden, welche Art von neuen Teilchen die Dunkle Materie darstellen – etwas, das schwer zu tun ist, wenn sie nur wissen, dass Dunkle Materie massives Material ist, das Schwerkraft erzeugt.

Aber neue Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, einer Reihe von Radioschüsseln in der Atacama-Wüste in Chile, zeigen, dass sich die Galaxie noch nicht von ihrem Halo getrennt hat. Die Daten stimmen nun mit der wenig hilfreichen Idee überein, dass Dunkle Materie nur durch die Schwerkraft interagiert.


“Unerwartetes” –Hubble enthüllt etwas, das im dunklen Universum fehlt

“Eine neue Theorie besagt, dass dunkle Materie in einem Paralleluniversum gewöhnliche Materie sein kann. Wenn eine Galaxie in einer anderen Dimension darüber schwebt, könnten wir sie nicht sehen. Es wäre unsichtbar, aber wir würden seine Schwerkraft spüren, vermutete der Physiker Michio Kaku über die mysteriösen, unsichtbaren Phänomene, die Sterne, Staub und Gas in einer Galaxie verklebten, deren Masse & 8211 die Grundlage unseres Universums bildete& #8217s große Struktur. Da dunkle Materie kein Licht emittiert, absorbiert oder reflektiert, ist ihre Anwesenheit nur durch ihre Anziehungskraft auf sichtbare Materie im Weltraum bekannt. Astronomen und Physiker versuchen immer noch herauszufinden, was es ist.

“Etwas fehlt”

„Mit zunehmender Entfernung schwindet unser Wissen, und zwar schnell. Schließlich erreichen wir die dunkle Grenze – die äußersten Grenzen unserer Teleskope. Dort messen wir Schatten“, sagte Astronom Edwin Hubble, ein Zitat, das perfekt mit dem obigen Bild übereinstimmt, das von seinem Namensvetter NASA/ESA Hubble Space Telescope und dem Very Large Telescope (VLT) des European Southern Observatory in Chile aufgenommen wurde, das enthüllt wurde dass etwas in den Theorien über das Verhalten der Dunklen Materie im massereichen Galaxienhaufen MACSJ 1206 fehlen könnte. Eingebettet in den Haufen sind die verzerrten Bilder entfernter Hintergrundgalaxien, die als Bögen und verschmierte Merkmale gesehen werden. Diese Verzerrungen werden durch die unsichtbare dunkle Materie im Haufen verursacht, deren Gravitation das Licht weit entfernter Galaxien beugt und vergrößert, der Effekt des Gravitationslinseneffekts.

Gravitationslinsen ermöglichen es Astronomen, entfernte Galaxienhaufen, die massereichsten und kürzlich zusammengestellten Strukturen im Universum und die größten Lagerstätten dunkler Materie zu untersuchen. Cluster bestehen aus einzelnen Mitgliedsgalaxien, die größtenteils durch die Schwerkraft der Dunklen Materie zusammengehalten werden. Astronomen maßen die durch diesen Haufen verursachte Gravitationslinsenbildung, um eine detaillierte Karte der Verteilung der Dunklen Materie zu erstellen, die eine unerwartete Diskrepanz zwischen Beobachtungen der Konzentrationen der Dunklen Materie in einer Probe massereicher Galaxienhaufen und theoretischen Computersimulationen der Dunkelheit aufdeckte Materie sollte in Clustern verteilt werden. Die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass einige kleine Konzentrationen dunkler Materie Linseneffekte erzeugen, die zehnmal stärker sind als erwartet.

Galaxienhaufen –“Ideal Laboratories”

“Galaxienhaufen sind ideale Labors, um zu untersuchen, ob die derzeit verfügbaren numerischen Simulationen des Universums gut reproduzieren, was wir aus der Gravitationslinsenbildung ableiten können,”, sagte Massimo Meneghetti vom INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science in Bologna in Italien, der Hauptautor der Studie.

“Wir haben die Daten in dieser Studie ausgiebig getestet und sind sicher, dass diese Diskrepanz darauf hindeutet, dass einige physikalische Bestandteile entweder in den Simulationen oder in unserem Verständnis der Natur der Dunklen Materie fehlen,” fügte Meneghetti hinzu .

Das Video zeigt einen künstlerischen Eindruck von kleinräumigen Konzentrationen dunkler Materie in MACSJ 1206 (in diesem Video in Blau dargestellt). Diese blauen Halos spiegeln wider, wie die dunkle Materie des Galaxienhaufens verteilt ist. Credit: NASA, ESA, G. Caminha (Universität Groningen), M. Meneghetti (Observatorium für Astrophysik und Weltraumwissenschaften von Bologna), P. Natarajan (Yale University), das CLASH-Team und M. Kornmesser (ESA/Hubble)

Die fehlende Funktion

“Es gibt ein Merkmal des realen Universums, das wir in unseren aktuellen theoretischen Modellen einfach nicht erfassen,” fügte der theoretische Astrophysiker Priyamvada Natarajan von der Yale University in Connecticut, USA, hinzu, einer der leitenden Theoretiker im Team. “Dies könnte auf eine Lücke in unserem derzeitigen Verständnis der Natur der Dunklen Materie und ihrer Eigenschaften hinweisen, da diese hervorragenden Daten es uns ermöglicht haben, die detaillierte Verteilung der Dunklen Materie auf kleinsten Skalen zu untersuchen.”
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Je höher die Konzentration dunkler Materie in einem Haufen ist, desto dramatischer ist seine lichtbeugende Wirkung. Das Vorhandensein kleinerer Klumpen dunkler Materie, die mit einzelnen Galaxienhaufen verbunden sind, erhöht das Ausmaß der Verzerrungen. In gewisser Weise fungiert der Galaxienhaufen als großflächige Linse, in die viele kleinere Linsen eingebettet sind.

Clusterkerne beherbergen das Unerwartete

Zur Überraschung des Teams zeigten die Hubble-Bilder zusätzlich zu den dramatischen Bögen und länglichen Merkmalen entfernter Galaxien, die durch die Gravitationslinsen der einzelnen Haufen erzeugt wurden, auch eine unerwartete Anzahl kleinerer Bögen und verzerrter Bilder, die in der Nähe jedes Haufens verschachtelt sind Kern, wo sich die massereichsten Galaxien befinden. Die Forscher glauben, dass die verschachtelten Linsen durch die Schwerkraft dichter Materiekonzentrationen innerhalb der einzelnen Galaxienhaufen entstehen. Anschließende spektroskopische Beobachtungen maßen die Geschwindigkeit der Sterne, die innerhalb mehrerer Galaxienhaufen kreisen, um ihre Massen zu bestimmen.

“Die Daten von Hubble und dem VLT lieferten eine hervorragende Synergie”, teilte Teammitglied Piero Rosati von der Università degli Studi di Ferrara in Italien mit, der die spektroskopische Kampagne leitete. “Wir konnten die Galaxien jedem Haufen zuordnen und ihre Entfernungen schätzen.”

“Die Geschwindigkeit der Sterne gab uns eine Schätzung der Masse jeder einzelnen Galaxie, einschließlich der Menge an Dunkler Materie,” fügte Teammitglied Pietro Bergamini vom INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science in Bologna, Italien, hinzu.

Durch die Kombination von Hubble-Bildgebung und VLT-Spektroskopie konnten die Astronomen Dutzende von mehrfach abgebildeten, mit Linsen versehenen Hintergrundgalaxien identifizieren. Dies ermöglichte es ihnen, eine gut kalibrierte, hochauflösende Karte der Massenverteilung der Dunklen Materie in jedem Haufen zusammenzustellen.

Das Team verglich die Karten der Dunklen Materie mit Proben simulierter Galaxienhaufen mit ähnlichen Massen, die sich in ungefähr den gleichen Abständen befinden. Die Haufen im Computermodell zeigten auf den kleinsten Skalen – den Skalen, die mit einzelnen Haufengalaxien verbunden sind – keine der gleichen Konzentrationen an Dunkler Materie.

“Mit hochauflösenden Simulationen können wir die Qualität der in unserem Papier analysierten Beobachtungen erreichen und so detaillierte Vergleiche wie nie zuvor ermöglichen”, sagte Stefano Borgani von der Università degli Studi di Trieste, Italien.

Quelle: Massimo Meneghetti et al., “Ein Überschuss an kleinräumigen Gravitationslinsen in Galaxienhaufen beobachtet” Science 11 Sep 2020: Vol. 369, Ausgabe 6509, S. 1347-1351, science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aax5164

The Daily Galaxy, Max Goldberg, über ESA/Hubble Information Center and Science

Bildnachweis Seitenanfang: Das Hubble-Bild ist eine Kombination aus Beobachtungen mit sichtbarem und infrarotem Licht, die 2011 von der Advanced Camera for Surveys und der Wide Field Camera 3 aufgenommen wurden. Bildnachweis: NASA, ESA, G. Caminha (Universität Groningen), M. Meneghetti (Observatorium für Astrophysik und Weltraumwissenschaften von Bologna), P. Natarajan (Yale University) und das CLASH-Team.


Hubble findet Beweise für die weit verbreitete Theorie der „kalten dunklen Materie“

Acht Quasare mit Gravitationslinsen wurden verwendet, um die kleinsten bisher gefundenen Klumpen dunkler Materie indirekt zu entdecken. Bild: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) und T. Treu (UCLA)

Mit dem Hubble-Weltraumteleskop – und Quasaren mit Gravitationslinsen – haben Astronomen herausgefunden, dass sich Dunkle Materie in viel kleineren Klumpen bilden kann als die zuvor entdeckten galaxienweiten Wolken, was starke Beweise für die weithin akzeptierte “kalte dunkle Materie” . liefert Theorie.

Dunkle Materie kann indirekt nachgewiesen werden, indem gemessen wird, wie ihre kombinierte Gravitation die Bewegungen von Sternen und Galaxien beeinflusst. “Cold” bedeutet in diesem Fall langsame Bewegung. Es wird angenommen, dass die Schwerkraft, die von riesigen Wolken kalter, schwach wechselwirkender dunkler Materieteilchen erzeugt wird, den Klebstoff liefert, der Galaxien und Galaxienhaufen davon abhält, auseinander zu fliegen.

Bisher wurden Konzentrationen dunkler Materie nur in und um mittelgroße bis große Galaxien entdeckt, was Theoretiker dazu veranlasste, Theorien vorzuschlagen, die die “warme” dunkle Materie beinhalten, Teilchen, die sich zu schnell bewegen, um sich zu verschmelzen und kleine Konzentrationen zu bilden. Die Hubble-Beobachtungen stimmen mit Szenarien mit kalter Dunkler Materie überein.

“Dunkle Materie ist auf kleineren Skalen kälter als wir wussten,”, sagte Anna Nierenberg vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, Leiterin der Hubble-Umfrage. “Astronomen haben bereits andere Beobachtungstests von Theorien der Dunklen Materie durchgeführt, aber unsere liefert den bisher stärksten Beweis für das Vorhandensein kleiner Klumpen kalter Dunkler Materie. Durch die Kombination der neuesten theoretischen Vorhersagen, statistischen Tools und neuen Hubble-Beobachtungen haben wir jetzt ein viel robusteres Ergebnis, als es zuvor möglich war.”

Nierenbergs Team zielte auf acht Quasare – Galaxien, die aktive supermassive Schwarze Löcher beherbergen, die Ströme brillanter Strahlung aussenden, – und messen, wie das Licht von Sauerstoff und Neongas, das diese Schwarzen Löcher umkreist, durch die Schwerkraft einer massereichen, viel näheren Galaxie verzerrt wird Hubbles Sichtlinie.

Wenn eine brillante Lichtquelle – ein Quasar – fast direkt hinter einer massereichen, viel näheren Galaxie positioniert wird, können durch die Gravitation der dazwischenliegenden Galaxie mehrere Bilder erzeugt werden. Bild: NASA, ESA und D. Player (STSci)

Die acht für die Studie ausgewählten Quasare sind fast perfekt auf Vordergrundgalaxien ausgerichtet und erzeugen eine Gravitationslinse, die zu mehreren Bildern jedes Quasars führt. Die Forscher verglichen diese Ansichten dann mit dem, was ohne dunkle Materie zu erwarten wäre. Das Ergebnis war der Nachweis von Verklumpungen dunkler Materie auf kleineren Skalen als zuvor.

„Stellen Sie sich vor, dass jede dieser acht Galaxien eine riesige Lupe ist“, sagte Teammitglied Daniel Gilman von der UCLA. “Kleine Klumpen dunkler Materie fungieren als kleine Risse auf der Lupe und verändern die Helligkeit und Position der vier Quasarbilder im Vergleich zu dem, was man bei einem glatten Glas erwarten würde.”

Tommaso Treu von der University of California, Los Angeles, sagte: “Wir haben einen sehr überzeugenden Beobachtungstest für das Modell der kalten dunklen Materie durchgeführt und es besteht mit Bravour.”

“Es ist unglaublich, dass Hubble nach fast 30 Jahren Betrieb bahnbrechende Einblicke in die grundlegende Physik und die Natur des Universums ermöglicht, von denen wir beim Start des Teleskops nicht einmal geträumt haben.”


Viele Geheimnisse bleiben

Die Entdeckung lässt noch einen Großteil des Universums unentdeckt. About 85 per cent of its matter is thought to be "dark matter" — that which is undetectable using ordinary methods.

"I like a mysterious universe. It means there is much more to be understood," Dr Macquart told the ABC.

"I think it's really exciting," said Professor Tara Murphy, an astronomer from the University of Sydney, who was not involved in the research.

"It's the first step to using fast radio bursts to probe the invisible universe," she said.

Dr Macquart said the next step was to get an intricate understanding of this newly found matter, using 100 or more FRBs.

"The thing that we've discovered is the atmosphere of the universe," he said. "It's the ecosystem in which galaxies live."

He said by understanding its precise structure, astronomers would be able to better understand how galaxies were born, and what happened to them when they died.


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