Wie wird dunkle Materie nachgewiesen?

Welche Methoden verwenden wir, um Dunkle Materie nachzuweisen ?

Wenn ich das richtig verstehe, sollte es aufgrund fehlender elektromagnetischer Wechselwirkung in der Lage sein, normale Materie fast wie durch Leere zu durchlaufen - da die Struktur der Materie außerhalb der (relativ winzigen) Kerne auf elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Atomen und innerhalb von Atomen basiert. Es zeigt auch nicht die starken Kräfte, die die Kerne binden, was sie auch etwas "transparent" macht.

Es wirkt gravitativ, aber das ist schwer zu erkennen, wenn es dort keine beobachtbaren Objekte gibt, die von der Schwerkraft betroffen sind, und es zeigt die schwachen Wechselwirkungen, die nur sehr leicht Atomkerne beeinflussen.

Was also messen Dunkle-Materie-Detektoren direkt, indem sie die Dichte der Dunklen Materie aus der Messung ableiten?

Das Wort "dunkel" bedeutet, dass es nicht erkannt wird. „Dunkel“ nennen Astronomen/Kosmologen alles, was sie nicht sehen können, auf dessen Existenz sie aber aus anderen Beobachtungen schließen.
@jameslarge: letzter Satz der Frage. WELCHE anderen Beobachtungen? Insbesondere auf kleinen Entfernungsskalen (Radius des Sonnensystems ~ Berührungsentfernung), da wir galaxiengroße und größere Konzentrationen ziemlich genau kartiert haben.
Siehe Martins Antwort (unten). Besonders der Teil über Rotationsgeschwindigkeiten von Objekten in anderen Galaxien.

Antworten (2)

Bisher gibt es keinen Dunkle-Materie-Detektor, der die Dichte der Dunklen Materie direkt misst. Sie weisen auf das Hauptproblem hin: Wenn Dunkle Materie außer durch Gravitation überhaupt nicht interagiert, wie können wir sie dann messen? Ich glaube nicht, dass wir das könnten. Wir wissen jedoch nicht, dass Dunkle Materie überhaupt nicht interagiert, einfach weil wir nicht wissen, was Dunkle Materie wirklich ist. Es interagiert definitiv nicht viel, aber überhaupt nicht? Es gibt viele Vorschläge, was dunkle Materie letztendlich sein wird, und die meisten dieser Vorschläge machen Vorhersagen, die man tatsächlich messen kann.

Daher gibt es viele Beispiele für vorgeschlagene Messungen von Dunkler Materie wie Xenon1T, die auf verschiedenen Vorschlägen darüber basieren, was Dunkle Materie tatsächlich ist. Xenon1T zum Beispiel nimmt an, dass Dunkle Materie aus einer neuen Art von Teilchen besteht, die nur sehr, sehr schwach interagieren (viel schwächer als Neutrinos. Sie werden daher "schwach wechselwirkende Teilchen" oder auch "WIMPs" genannt). Ich habe hier ein paar verschiedene Ansätze zur direkten Messung dunkler Materie besprochen . Keiner von ihnen hat bisher schlüssige Beweise dafür geliefert, dass er „dunkle Materie“ gemessen hat.

Woher kennen wir dann die Dichte der Dunklen Materie? Nun, es ist immer indirekt. Nehmen Sie eine Galaxie: Sie können die Rotationsgeschwindigkeit von Objekten in einer Galaxie messen und aus der Geschwindigkeit der Objekte in verschiedenen Entfernungen vom galaktischen Zentrum auf die Massendichte schließen. Jetzt subtrahieren Sie, was Sie sehen KÖNNEN, dh die übliche baryonische Masse, und Sie bemerken, dass dies nicht ausreicht. Der Rest wird dann nur noch "dunkle Materie" genannt, weil wir sie offensichtlich nicht sehen können und nicht wissen, was sie ist...

Und das ist nur ein Weg. Es gibt viele andere Bereiche, in denen es mehr Materie geben muss, als die Menschen "sehen" können (siehe Wikipedia für weitere Bereiche).

Wie in den Kommentaren erwähnt, gab es eine Flut von Nachrichten über unser Sonnensystem und sogar alle Planeten, die „Haare“ haben, sehr dichte Filamente aus dunkler Materie. Diese Idee (siehe dieses Papier ) ist jedoch nicht das Ergebnis direkter Messungen, sondern ergibt sich aus numerischen und analytischen Berechnungen.

Auf galaktischer Ebene ist es in Ordnung, wo sowohl viel Materie (und als Ergebnis viel Schwerkraft) als auch viele Objekte davon betroffen sind. Aber wie können wir Merkmale wie „ Haare um Sterne und Planeten “ erkennen ??
Nichts davon wurde gemessen. Das Papier, auf das sich dieser bezieht ( arxiv.org/abs/1507.07009 ), basiert auf numerischen Simulationen – mit anderen Worten: Das sind nur Vorhersagen. Die Vorhersagen sind jedoch interessant, denn wenn es einen Haufen dunkler Materie in der Nähe gäbe, könnten wir vielleicht Sonden dorthin schicken und etwas Neues finden, das uns hilft, das Ding zu erklären.
Ja, außer dass die Sonde mitten in einer superdichten Wolke aus dunkler Materie sitzen und immer noch nichts entdecken könnte, wenn wir keine Detektoren haben, die sie direkt erfassen oder anderweitig in Reichweite messen könnten .
@SF: Ja, und ich sage Ihnen, dass wir derzeit keine solchen Detektoren haben. Wir haben dunkle Materie noch nie direkt nachgewiesen. Ich habe auf eine Seite verlinkt, auf der ich einen kleinen Überblick über verschiedene Ansätze zur direkten Messung von Dunkler Materie gegeben habe (basierend auf verschiedenen theoretischen Vorschlägen), aber keiner von ihnen hat bisher etwas eindeutig entdeckt.
Oh. Ich habe Ihr "Nichts davon wurde gemessen" falsch interpretiert, weil ich glaubte, es wurde nicht gemessen, weil wir unsere Instrumente nie in die Nähe einer signifikanten Konzentration gebracht haben, nicht, dass wir keine Instrumente haben, von denen wir ziemlich sicher sind, dass sie funktionieren sollten .
@SF: Ich bin froh, dass wir das klären konnten. Ich werde meinen Beitrag bearbeiten, um ihn klarer zu machen - danke für den Hinweis. Ja, das grundlegende Problem ist immer noch, dass wir nicht wissen, was dunkle Materie ist, also können wir sie nicht direkt messen. Wenn wir wüssten, welcher Vorschlag am wahrscheinlichsten richtig ist, könnten wir vielleicht einen Detektor bauen und ihn dann dorthin schicken, wo das Papier große Konzentrationen vorhersagt, und dann könnten wir etwas finden - aber das könnte sehr teuer sein, also müssen wir WIRKLICH gut sein Beweis, dass der Detektor alles messen wird. Und das haben wir nicht...
...oder deutlich günstigerer Weltraumflug :)

Es gibt keinen direkten Weg, dunkle Materie zu messen. In SUSY und anderen Theorien können Teilchen der Dunklen Materie mit baryonischer Materie interagieren [Wiki] https://en.wikipedia.org/wiki/Supersymmetry#Dark_matter ), aber dies hat auf kosmologischer Ebene keine Konsequenzen. Die einzige Möglichkeit, dunkle Materie zu messen, besteht darin, die Eigenschaften baryonischer Materie zu analysieren und die Geschwindigkeitsverteilungen von Galaxien zu sehen, indem man annimmt, dass die baryonische Materie "beobachtbar" ist. Teilchen der Dunklen Materie können kalt, heiß oder warm sein.

Was Sie sagen, ist, dass wir eine Erklärung brauchen, um Gravitationsanomalien zu erklären, und dass dunkle Materie eine Möglichkeit ist, die Anomalie zu erklären. Und die Art und Weise, wie wir dunkle Materie messen, ist der Betrag der Anomalie. Irgendwie Zirkelschluss, oder?
Tatsächlich messen wir dunkle Materie indirekt. Das eigentliche Standardmodell hat jedoch einige Probleme, eines davon ist das CP-Problem, und die Axionen wurden eingeführt, um dieses Problem zu lösen. Axionen könnten für ein kaltes (nicht-relativistisches) Teilchen der dunklen Materie zählen. Verknüpfung
Das Standardmodell hat auch andere Probleme wie den Umgang mit der Schwerkraft. Es wird angenommen, dass es ohne unabhängige Überprüfung eine unsichtbare Masse geben muss. Wenn keine unabhängige Überprüfung durchgeführt werden kann, würde Dunkle Materie immer noch als brauchbare Erklärung akzeptiert werden?
Wie wird dunkle Materie nachgewiesen?
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