Was ist dunkle Materie und wer hat sie entdeckt?

Niemand hat es entdeckt. Dunkle Materie ist eine vorgeschlagene Erklärung für einige beobachtete Phänomene.

Im Speziellen,

• Galaxien rotieren mit einer Geschwindigkeit, die darauf hindeutet, dass sie ziemlich schwer sind, besonders in Richtung der äußeren Ränder – aber wenn wir uns die Masse von Sternen und interstellarem Gas ansehen, gibt es nicht genug, um sie so drehen zu lassen, wie sie es tun.

• Gravitationslinseneffekt ist ein Phänomen, bei dem Licht durch das Vorhandensein von viel Masse gebogen wird. Normalerweise sehen wir die Masse, die die Biegung macht – ein großer Sternhaufen oder so etwas. Aber einige Gravitationslinsen haben nicht genug sichtbare Materie, die mit ihnen verbunden ist - es muss eine fehlende Masse beteiligt sein.

• Die Analyse des vom frühen Universum erzeugten Lichts – einige hunderttausend Jahre nach dem Urknall – deutet stark darauf hin, dass es auf komplizierte Weise eine Art Massenklumpen gibt und dass diese Klumpen nicht stark mit Licht interagieren (oder zumindest nicht alle)

All dies weist auf eine fehlende, schwere Materie hin, die anscheinend unsichtbar ist.

Wir nennen diese hypothetische unsichtbare Substanz „dunkle Materie“, weil sie buchstäblich dunkel ist (wir können sie nicht sehen) und Masse hat (also Materie).

Viele, viele Menschen suchen auf allen möglichen Wegen nach Dunkler Materie, und viele versuchen, sie auch theoretisch zu erklären. Keiner hat es bisher geschafft, aber die Suche geht weiter.

Sie fragen, ob dies „der Grund ist, warum Galaxien existieren“. So würde ich es nicht formulieren, aber in gewisser Weise ja. Ein echtes Problem in der Kosmologie ist "Warum ist das Universum nach dem Urknall nicht vollkommen gleichförmig?" und aus komplizierten Gründen kann dies mit dunkler Materie gelöst werden.

Etwas anderes, worauf die anderen Antworten angespielt, aber nicht klar gesagt haben, ist in gewisser Weise "Was ist dunkle Materie?" hat keine wirkliche Antwort auf die Art und Weise, wie Sie fragen. Das heißt, keine wirkliche Antwort, außer zu erklären, was der Begriff bedeutet. Per Definition ist dunkle Materie Materie, die das Universum beeinflusst, aber die Sie nicht sehen können. In dem Moment, in dem Sie herausfinden, was es ist, ist es keine dunkle Materie mehr.

Nehmen wir als Beispiel an, dass das Universum voller kleiner Eisen- oder Bleikugeln ist, dicht gefüllt mit vielen von ihnen in der Größe von Erbsen bis Baseballs, und wir sehen keine um uns herum, weil die Aktivität jedes Sternensystems sie löscht indem es sie im Laufe der Zeit in seinen Stern und seine Planeten einbaut, so wie Planeten andere Trümmer in ihren Umlaufbahnen beseitigen. Dies ist ein dummer Vorschlag, aber er dient lediglich dazu, einen Punkt zu demonstrieren. Diese Kugeln fügen der Galaxie genug Masse hinzu, um die Anomalien zu erklären, die wir sehen, aber da wir die Kugeln zwischen Sternen und Galaxien nicht sehen können, weil wir die kleinen Objekte in so großer Entfernung nicht erkennen können, wissen wir nicht, dass dies die Ursache ist. Diese Kugeln aus Eisen oder Blei sind dann dunkle Materie. In fünfzig Jahren entwickeln wir Teleskope, die so leistungsfähig sind, dass wir Objekte aus einer Entfernung von Lichtjahren mit einem Durchmesser von einem Zoll sehen können, und wir entdecken diese Kugeln; Wir haben gerade dunkle Materie gefunden. Jetzt verstehen wir es und es ist keine dunkle Materie mehr.

Es gibt Anomalien der Astrophysik, auf die bereits in den anderen Antworten hingewiesen wurde. Astronomen versuchen, den Ursachen auf den Grund zu gehen, und gehen dabei viele verschiedene Wege. Es könnte unentdeckte Arten von Partikeln geben. Vielleicht brauchen wir stattdessen neue Gesetze der Physik.

Aber so phantasievoll ist das alles nicht. Trotz meiner dummen Analogie von Eisen-/Bleikugeln ist dunkle Materie in Wirklichkeit oft nur einfache, alte, gewöhnliche Materie, die wir einfach noch nicht gesehen haben. In den vergangenen Jahren, als wir noch nicht alle Planeten in unserem Sternensystem entdeckt hatten, die wir heute kennen, sahen Astronomen Anomalien in den Umlaufbahnen der am weitesten entfernten Sterne, die sie wahrnehmen konnten, und diese konnten von anderen Objekten (Planeten) erklärt werden, die sie gerade hatten noch nicht sehen konnten, die später gefunden wurden. Diese Planeten waren dunkle Materie (mir ist aufgefallen, dass jemand anders an anderer Stelle fälschlicherweise kommentierte, dass eine Unterscheidung getroffen werden muss; aber die Planeten waren tatsächlich dunkle Materie), bis sie gefunden wurden, danach waren sie keine dunkle Materie mehr. Offensichtlich wäre es dumm zu versuchen, Anomalien wie die Gravitationsrotationsgeschwindigkeit zu erklären, indem man es sagt. ist alles in Planeten verpackt, die wir nicht sehen können; das wäre Handwinken. Aber es könnte sein, dass die Realität der Situation eine Kombination aus normaler Materie, wie wir sie kennen (aber unsichtbar ist), unentdeckten Typen massiver Objekte oder möglicherweise sogar neuer Physik und einem Haufen Plutos ist;)

Was Sie jedoch wirklich beachten müssen, ist, dass "dunkle Materie" nicht wirklich etwas ist, das im Universum existiert. Es ist nur ein Begriff, und der Versuch, den Begriff „dunkle Materie“ sorgfältig zu definieren oder zu verstehen, ist eher eine Frage der Semantik als der Wissenschaft. Es ist wie damals, als die Bonzen der Astronomie kürzlich zusammenkamen und entschieden, was ein Planet ist und was nicht. Pluto wurde nicht klassifiziert, weil er sich geändert hat oder weil sich unser Verständnis davon geändert hat, sondern weil einige Leute beschlossen haben, die Definitionen einiger Wörter zu ändern. Die „Veränderung“ hatte keinerlei Auswirkungen auf die eigentliche Wissenschaft; nur darin, wie wir in unseren Zeitschriften und Lehrbüchern über Wissenschaft schreiben.

Ebenso ist es weniger wichtig zu verstehen, „was dunkle Materie ist“, und einfach zu erkennen, dass es bedeutet, „da ist ein Ding und wir wissen nicht, was es ist“. Der wichtige Teil ist zu verstehen, was die wirklichen Anomalien sind und was die Hypothesen sind, um zu beschreiben, was sie verursacht.

Es gibt eine Quasi-Antwort für einen Quasi-Begriff. Ich hoffe das hilft. Ich versuche nicht, den Begriff herabzusetzen, sondern ich hoffe, ich habe Ihnen eine gute Perspektive darauf gebracht.

Es ist überall! Astronomen haben herausgefunden, dass supermassereiche Schwarze Löcher im Herzen von Galaxien leben und Sterne mit unglaublicher Geschwindigkeit anziehen, aber dass sie nicht stark genug sind, um alle Sterne in den gigantischen Galaxien zusammenzuhalten.

Was hält sie also in der Spirale zusammen? Der Schweizer Astronom Fritz Zwicky fragte sich, warum Galaxien in Gruppen zusammenbleiben, also kam er zu dem Schluss, dass es etwas geben muss, das noch niemand zuvor entdeckt hatte, und nannte es „dunkle Materie“.

Um dies zu beweisen, bauen Wissenschaftler in Computern virtuelle Galaxien mit virtuellen Sternen und virtueller Schwerkraft. Astronomen freuten sich auf dieses Simulationsexperiment, das die integrierte Galaxie ähnlich unserer Galaxie zurückgibt. Stattdessen fanden sie es zerfallen! Die Schwerkraft der Galaxie reicht nicht aus, um sie zusammenzuhalten, also fügten Wissenschaftler dem Simulationsexperiment virtuelle Schwerkraft aus virtueller dunkler Materie hinzu. Und es löste das Problem, die Gravitation der Dunklen Materie hielt die Galaxie zusammen.

Wir können also sagen, dass „dunkle Materie der Meister des Universums ist“. Dies ist eine Kurzgeschichte über dunkle Materie. Um das im Detail zu erklären, bräuchte ich viele Bücher.