Kann dunkle Materie doch normale Materie sein? [Duplikat]

Erstens muss die dunkle Materie nicht-baryonisch sein .

Dafür gibt es vielfältige Gründe. Die wichtigsten sind der Vergleich zwischen der Materiedichte des Universums, die durch Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) impliziert wird, und der baryonischen Materiedichte im Universum, die durch Messungen der ursprünglichen Häufigkeit von Helium und Deuterium impliziert wird. Ersteres deutet darauf hin$\Omega_M \sim 0.3$(30 Prozent der gesamten Energiedichte des Universums), während Letzteres darauf hindeutet$\Omega_b \sim 0.05$. dh es scheint im Universum sechsmal so viel Gravitationsmaterie zu geben, als erforderlich ist, um die Fülle an chemischen Elementen zu produzieren, die während des Urknalls synthetisiert wurden.

Zweitens wird nicht-baryonische Materie benötigt, die nicht stark mit sich selbst oder mit "normaler" Materie wechselwirkt, um die Galaxien und Galaxienhaufen zu bilden, die wir heute im Universum sehen. Ohne diese dunkle Materie ist es schwer zu verstehen, wie die winzigen Fluktuationen, die im kosmischen Mikrowellenhintergrund zu sehen sind, zu den Strukturen heranwachsen können, die wir heute im Universum sehen. Wenn diese zusätzliche Materie baryonisch wäre, wäre sie im CMB offensichtlich gewesen.

Nun gelten diese beiden Beweise für das Universum als Ganzes und es ist auf jeden Fall wahr, dass die "leuchtende Materie", die wir sehen und zählen können, immer noch hinter der Menge an baryonischer Materie zurückbleibt, die vorhanden sein soll (allerdings nur um den Faktor 2 oder so). Aus diesem Grund ist es immer noch möglich zu vermuten, dass die dunkle, gravitative Materie in unserer eigenen Galaxie, die zur Erklärung der flachen Rotationskurve benötigt wird, die Form von etwas Baryonischem haben könnte , das nicht viel Licht aussendet. Die Kandidaten wären sehr massearme Sterne und Braune Zwerge, alte Weiße Zwerge, Neutronensterne, Schwarze Löcher, Ziegelsteine, verlorene Golfbälle usw.

Diese Möglichkeiten (vielleicht nicht die verlorenen Golfbälle) wurden in den 1980er und 1990er Jahren sehr ernst genommen. Eines der Probleme bei diesen Hypothesen ist, dass die gravitierende galaktische dunkle Materie grob kugelförmig verteilt sein muss und eine radiale Verteilung haben muss, die viel größer ist als die Verteilung der leuchtenden Materie. Dies gibt sofort ein "Herkunftsproblem". Warum sollten diese dunklen Objekte ganz anders verteilt sein als die normale Materie? Schließlich glauben wir, dass massearme Sterne und Braune Zwerge wie andere Sterne produziert werden und dass Weiße Zwerge, Schwarze Löcher und Neutronensterne die Endpunkte im Leben von Sternen sind, die massereicher als die Sonne sind und hauptsächlich in einer Scheibe verteilt sind.

Trotzdem suchte man sie. Das Hauptinstrument waren die Microlensing-Umfragen. Durch das Anstarren von Feldern sowohl in Richtung der galaktischen Ausbuchtung als auch der Magellanschen Wolken war die Idee, einzuschränken, welche Populationen von „massiven kompakten Halo-Objekten“ (MACHOS) vorhanden sein könnten, indem nach den Vergrößerungsereignissen gesucht wird, die auftreten, wenn solche Objekte direkt vor ihnen vorbeiziehen ein Hintergrundstern. Diese Experimente (und es gab mehrere) schlossen im Grunde aus, dass MACHOS irgendetwas anderes als einen kleinen Teil der Dunklen Materie der Milchstraße lieferte (z. B. war das Schlagzeilenergebnis von Tisserand et al. aus dem Jahr 2008, dass MACHOS in diesem Bereich liegt).$6\times 10^{-8} < M/M_\odot <15$wurden ausgeschlossen).

Daher wird ausgeschlossen, dass eine Population von Weißen Zwergen, Neutronensternen, Schwarzen Löchern, Braunen Zwergen oder anderen Sternen in diesem Massenbereich wesentlich zur Dunklen Materie in der Milchstraße beiträgt, und die anderen Beweise dafür, dass nicht-baryonische Dunkle Materie erforderlich ist, beherrschen sie auch unter diesem Gesichtspunkt als Beitrag zu mehr als einer Minderheit der Dunklen Materie heraus.

Ursprüngliche Schwarze Löcher sind eine ganz andere Sache. Diese würden als „nicht-baryonische“ dunkle Materie eingestuft, da sie vor der Epoche der Nukleosynthese entstanden sind. Sie könnten im Prinzip außerhalb der von den Mikrolinsen-Durchmusterungen untersuchten Massenbereiche liegen und wären, solange sie nicht zu klein waren, nicht verdampft. Der Status dieser Idee ist unklar. Sie können die Zusammenfassung und die Referenzen unter https://en.wikipedia.org/wiki/Primordial_black_hole verfolgen und sich die Rezension von Carr & Kuhnel (2020) ansehen . Über die Natur der Dunklen Materie sagen die Bullet-Cluster-Beobachtungen jedoch eigentlich wenig aus, nur dass es schwierig ist, solche Beobachtungen mit modifizierten Gravitationstheorien zu beschreiben.

Die Schätzungen für Galaxienmassen beruhen stark auf der Masse-Leuchtkraft-Beziehung, die jedoch für massearme Sterne ziemlich unsicher ist. Aus den Daten in http://adsabs.harvard.edu/full/2004ASPC..318..159H geht hervor, dass die Massen für massearme Sterne um einen Faktor 2 oder mehr von der theoretischen Masse-Leuchtkraft-Kurve abweichen. Wenn man bedenkt, dass etwa 50 % der Sternmasse in einer Galaxie aus massearmen Sternen (Roten Zwergen) besteht, könnte zumindest ein Teil der „dunklen Materie“ durch falsche Massenschätzungen für diese Sterne erklärt werden.

//Bearbeiten im Hinblick auf den Kommentar unten://

Zunächst einmal schwirren zahlreiche Werte für das Verhältnis dunkle/sichtbare Materie herum. 10x ist wirklich nur die Obergrenze. Zweitens hat das von mir zitierte Papier eine ziemlich konservative Schätzung mit einem Fehler von 10 % für die galaktische Sternmasse vorgenommen. Aus ihren Daten geht deutlich hervor, dass viele massearme Sterne etwa 1-2 absolute visuelle Größen unter der theoretischen Kurve liegen, was sich in einer 3-4 mal höheren Masse niederschlägt (selbst unter Berücksichtigung des flacheren Masse-Leuchtkraft-Potenzgesetzes für kleine Massen). Auch wenn der Durchschnitt für alle massearmen Sterne nur 2x höher ist, ist dies ein 100%iger Fehler und damit ein 50%iger Fehler für die gesamte Masse der Galaxie.

Darüber hinaus können weitere Fehler auftreten. Beispielsweise werden galaktische Rotationskurven normalerweise durch Messen von Gasgeschwindigkeiten und nicht von Sterngeschwindigkeiten erhalten, und Gasgeschwindigkeiten können durch elektromagnetische Felder während Stadien der Ionisierung beeinflusst werden (was auch mit dem hochenergetischen Gasausfluss aus Galaxien übereinstimmen würde).

Darüber hinaus wurden Galaxien beobachtet, die wenig bis gar keine Hinweise auf Dunkle Materie aufweisen (siehe https://en.wikipedia.org/wiki/NGC_1052-DF2 ).

Ich denke also, dass die Genauigkeit der Beobachtungen sowie der theoretischen Modelle noch nirgendwo gut genug ist, um hier zu schlüssigen Ergebnissen zu gelangen.