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Kalte Dunkle Materie (CDM)

Das Universum besteht aus mindestens zwei Arten von Materie. In erster Linie gibt es das Material, das wir entdecken können und das Astronomen als „baryonische“ Materie bezeichnen. Es wird als „gewöhnliche“ Materie angesehen, weil es aus Protonen und Neutronen besteht, die gemessen werden können. Baryonische Materie umfasst Sterne und Galaxien sowie alle darin enthaltenen Objekte.

Es gibt auch „Zeug“ da draußen im Universum, das mit normalen Beobachtungsmitteln nicht entdeckt werden kann. Es existiert jedoch, weil Astronomen seinen Gravitationseffekt auf baryonische Materie messen können. Astronomen nennen dieses Material „dunkle Materie“, weil es dunkel ist. Es reflektiert oder emittiert kein Licht. Diese mysteriöse Form der Materie stellt einige große Herausforderungen an das Verständnis vieler Dinge über das Universum, die bis zum Anfang vor etwa 13,7 Milliarden Jahren zurückreichen.

 

Die Entdeckung der Dunklen Materie

Vor Jahrzehnten stellten Astronomen fest, dass es im Universum nicht genügend Masse gab, um Dinge wie die Rotation von Sternen in Galaxien und die Bewegungen von Sternhaufen zu erklären  . Masse beeinflusst die Bewegung eines Objekts durch den Raum, egal ob es sich um eine Galaxie, einen Stern oder einen Planeten handelt. Gemessen an der Art und Weise, wie sich beispielsweise einige Galaxien drehten, schien es, dass irgendwo da draußen mehr Masse war. Es wurde nicht erkannt. Es fehlte irgendwie in dem Masseninventar, das sie mit Sternen und Nebeln zusammenstellten, um einer Galaxie eine bestimmte Masse zuzuweisen. Dr. Vera Rubin und ihr Team beobachteten Galaxien, als sie zum ersten Mal einen Unterschied zwischen den erwarteten Rotationsraten (basierend auf den geschätzten Massen dieser Galaxien) und den tatsächlich beobachteten Raten feststellten.

Die Forscher begannen tiefer zu graben, um herauszufinden, wohin die fehlende Masse gegangen war. Sie waren der Ansicht, dass unser Verständnis der Physik, dh der allgemeinen Relativitätstheorie. möglicherweise fehlerhaft war, aber zu viele andere Dinge stimmten nicht überein. Also beschlossen sie, dass die Masse vielleicht noch da war, aber einfach nicht sichtbar.

Während es immer noch möglich ist, dass uns etwas Grundlegendes in unseren Gravitationstheorien fehlt, war die zweite Option für Physiker schmackhafter. Aus dieser Offenbarung entstand die Idee der dunklen Materie. Es gibt Beobachtungsergebnisse für Galaxien, und Theorien und Modelle weisen auf die Beteiligung der Dunklen Materie zu Beginn der Entstehung des Universums hin. Astronomen und Kosmologen wissen also, dass es da draußen ist, haben aber noch nicht herausgefunden, was es ist.

 

Kalte Dunkle Materie (CDM)

Also, was könnte dunkle Materie sein? Bisher gibt es nur Theorien und Modelle. Sie können tatsächlich in drei allgemeine Gruppen eingeteilt werden: heiße dunkle Materie (HDM), warme dunkle Materie (WDM) und kalte dunkle Materie (CDM).

Von den dreien ist CDM seit langem der führende Kandidat für diese fehlende Masse im Universum. Einige Forscher bevorzugen immer noch eine Kombinationstheorie, bei der Aspekte aller drei Arten von Dunkler Materie zusammen existieren, um die gesamte fehlende Masse zu bilden.

CDM ist eine Art dunkle Materie, die sich, falls vorhanden, im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit langsam bewegt. Es wird angenommen, dass es von Anfang an im Universum vorhanden war und sehr wahrscheinlich das Wachstum und die Entwicklung von Galaxien beeinflusst hat. sowie die Bildung der ersten Sterne. Astronomen und Physiker glauben, dass es sich höchstwahrscheinlich um ein exotisches Teilchen handelt, das noch nicht entdeckt wurde. Es hat sehr wahrscheinlich einige sehr spezifische Eigenschaften:

Es müsste an Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Kraft mangeln. Dies ist ziemlich offensichtlich, da dunkle Materie dunkel ist. Daher interagiert, reflektiert oder strahlt es keine Art von Energie im elektromagnetischen Spektrum ab.

Jedes Kandidatenteilchen, aus dem kalte dunkle Materie besteht, müsste jedoch berücksichtigen, dass es mit einem Gravitationsfeld interagieren muss. Um dies zu beweisen, haben Astronomen bemerkt, dass Ansammlungen dunkler Materie in Galaxienhaufen einen Gravitationseinfluss auf das Licht von weiter entfernten Objekten ausüben, die zufällig vorbeiziehen. Dieser sogenannte „Gravitationslinseneffekt“ wurde mehrfach beobachtet.

 

Kandidaten für Objekte der kalten dunklen Materie

Während keine bekannte Materie alle Kriterien für kalte dunkle Materie erfüllt, wurden mindestens drei Theorien aufgestellt, um CDM zu erklären (falls vorhanden).

    • Schwach wechselwirkende massive Partikel : Diese Partikel werdenauch als WIMPs bezeichnet und erfüllen per Definition alle Anforderungen von CDM. Es wurde jedoch nie gefunden, dass ein solches Teilchen existiert. WIMPs sind zum Sammelbegriff für alle Kandidaten für kalte dunkle Materie geworden, unabhängig davon, warum das Partikel vermutlich entsteht.
    • Axionen : Diese Teilchen besitzen (zumindest geringfügig) die notwendigen Eigenschaften der Dunklen Materie, sind aber aus verschiedenen Gründen wahrscheinlich nicht die Antwort auf die Frage der kalten Dunklen Materie.
    • MACHOs : Dies ist eine Abkürzung für Massive Compact Halo Objects , bei denen es sich um Objekte wie Schwarze Löcher. alte Neutronensterne. Braune Zwerge und Planetenobjekte handelt. Diese sind alle nicht leuchtend und massiv. Aufgrund ihrer Größe in Bezug auf Volumen und Masse wären sie jedoch relativ einfach zu erkennen, wenn lokalisierte Gravitationswechselwirkungen überwacht werden. Es gibt Probleme mit der MACHO-Hypothese. Die beobachtete Bewegung von Galaxien ist zum Beispiel auf eine Weise einheitlich, die schwer zu erklären wäre, wenn MACHOs die fehlende Masse liefern würden. Darüber hinaus würden Sternhaufen eine sehr gleichmäßige Verteilung solcher Objekte innerhalb ihrer Grenzen erfordern. Das scheint sehr unwahrscheinlich. Auch die schiere Anzahl von MACHOs, die ziemlich groß sein müssten, um die fehlende Masse zu erklären.

 

Derzeit hat das Geheimnis der Dunklen Materie noch keine offensichtliche Lösung. Astronomen entwerfen weiterhin Experimente, um nach diesen schwer fassbaren Teilchen zu suchen. Wenn sie herausfinden, was sie sind und wie sie im gesamten Universum verteilt sind, haben sie ein weiteres Kapitel in unserem Verständnis des Kosmos aufgeschlagen.

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