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Re: Notwendigkeit der dunklen Materie

Zur von Lesch nicht beantworteten Frage nach dem Verschwinden der Galaxien äußerte sich zufällig eine Frau Astrid Kessler im populärwissenschaftlichen Magazin „Welt der Wunder", 1/2013, S. 50-53 unter Einbeziehung neuerer Erkenntnisse im standardkosmologischen Sinne.

Aus dem Artikel geht hervor, dass das Standardmodell neben dem Problem der 96% „dunkler" Materie und Energie noch zusätzlich das Problem hat, dass von den restlichen 4% bisher nur 10% an „hellem" Sicht- und Greifbarem (also nur 0,4% des Gesamtbetrages) im All gefunden worden sind. Das Standard- bzw. Urknallmodell verlangt also 250x mehr als bisher bekannt ist.

Als Fakt wird im Artikel bezeichnet, dass Material in „gewaltigen eruptiven Stürmen" aus der Galaxie in den Raum hinaus fegt, wobei in Millionen Jahren selbst Galaxien komplett leer gefegt werden können. Ursache der „Stürme" seien junge, explodierende massereiche Sterne, die sich dadurch selbst des „Baumaterials" beraubten und die Entstehung weiterer neuer Sterne behinderten.

Frau Kessler behauptet dann sogar, dass Energiejets aus schwarzen Löchern in Galaxiezentren das Gas sogar „mit vielfacher Lichtgeschwindigkeit" nach außen, d.h. in den interstellaren Raum, schleuderten. Letzterer wiederum, für den sich die Astronomen bisher kaum interessierten, soll die Lösung des Rätsels bergen.

Das WHIM, d.h. das warm-heiße intergalaktische Medium, soll dort einerseits heiß genug sein, um Gas zu ionisieren und Ladungen tragen zu lassen und andererseits zu kühl, um Röntgenstrahlungen freizugeben. Besonders im Visier der Forscher steht die Sculptur-Wand mit Tausenden Galaxien, die 400 Millionen Jahre entfernt sein soll.

Zum Ende kommt die Autorin zu dem Schluss, dass die „benötigten" zusätzlichen Materiemengen, d.h. zusätzliche Riesengalaxien oder 500 Mrd. Galaxien, nicht existierten, sondern stattdessen ungeheuere Materiemengen mittels gewaltiger Gasstürme ausgestauscht, recycelt und zerfetzt werden. Bemerkenswert ist auch ihre Schlussfolgerung, dass Galaxien nur die sichtbare Spitze eines Eisberges sind, der in einem viel größeren Ozean aus Materie treibt.

Der Begriff Plasma wird in diesem Artikel konsequent vermieden, obwohl sogar von ionisiertem Gas einmal die Rede ist. Auch über notwendigerweise daraus resultierende elektrische Kräfte und Wirkungen vermerkt die Autorin nichts.

Immerhin scheinen aber auch die Standardkosmologen langsam zu begreifen, dass Galaxien keine isolierten Sterneninseln sind, was in Kesslers Beitrag deutlich sichtbar wird.

Ich habe in meinen letzten Beiträgen den Unterschied zwischen wirklichen Beobachtungen und Interpretationen nicht richtig deutlich gemacht, das können wir vielleicht noch einmal am Ende tun, wenn alle Deine Fragen von mir o.a. adressiert wurden, Oli!

Re: Notwendigkeit der dunklen Materie

Für Leser, die keine Zeit oder Lust haben, Prof. Lesch zuzuhören, fasse ich hier zusammen:

Ausgangsfragen:

Befinden sich Galaxien im Gleichgewicht oder werden sie eines Tages verschwinden?

Was bestimmt die Stabilität bzw. Instabilität von Galaxien?

Als Grund für Entwicklungsprozesse im Universum benennt Lesch Ungleichgewichte, die diese auf Ausgleich strebenden Prozesse hervorrufen. Astrophysiker beschäftigen sich daher mit den wichtigsten Bausteinen des Universums, den Galaxien, und fragen:

Sind Galaxien stabil, also in Gleichgewichtssituationen? Werden sie sich irgendwohin entwickeln, dass sie vielleicht eines Tages komplett verschwunden sind?

Und wenn das so ist, was bestimmt die Stabilität oder Instabilität von Galaxien?

Als Beispiel nimmt Lesch die „schöne, ordentliche und große" Spiralgalaxie M51, die mit einem kleinen Begleiter, eine hellen Wolke, die M51 zu umkreisen scheint, zusammenhängt.

Lesch definiert eine Galaxie als ein „kollabiertes Gebilde" (Urknallerläuterungen folgen).

Urgalaxien seien Vorläufer der heutigen Galaxien gewesen und was bis heute passiert sei, hänge wesentlich von dem Verhältnis zwischen Gravitation und Druck ab!

Man kann daher eine lokale Instabilitätsbedingung in einer galaktischen Scheibe formulieren. Galaktische Scheiben sind rotierende Scheiben, wo die Geschwindigkeiten der einzelnen Teilchen relativ gering sind.

Im weiteren Ablauf unterscheidet Lesch von diesen Scheibengalaxien die elliptischen Galaxien, die sich kaum drehen, bei denen aber die Geschwindigkeiten der einzelnen Teile groß sind.

Die Dicke der axialsymmetrischen Scheibengalaxien sei durch die Temperatur des Gases in der Scheibe gegeben, innerhalb deren man differentielle Rotation hat, d.h. im Inneren ist die Geschwindigkeit der Rotation anders als außen. In dieser Scheibe kann man nun untersuchen, wo die lokale Bedingung für einen Kollaps erfüllt ist! Kollaps heißt, dass das Gas unter seinem eigenen Gewicht zusammenfällt. Wenn die Scheibe sehr dick sein und hohe Temperatur und Druck - also hohe Bewegungsenergie - habe, dann könne sie nicht instabil werden und lokal nicht „klumpen".

Doch Galaxien sind nicht stabil, weil die Gravitation, sobald nur ein bisschen Energie aus dem System heraus geführt ist, Instabilität bewirkt. Gas gibt Energie durch Strahlung ab, die Temperatur sinkt und der Druck wird zu gering um der lokalen Gravitation Paroli bieten zu können. Das ist die Bedingung für lokale, axialsymmetrische Instabilitäten in der Scheibe.

Bei einer differentiell rotierenden Scheibe, die unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten besitzt, reiben sich die Gebiete innerhalb der Scheibe. Zusätzlich zu den Klumpen entstehen nun noch die großen Spiralarme, die nichts anderes als Wellen sind. In den Wellen ist die Gasdichte höher, weshalb dort die Bedingung für die axialsymmetrische Instabilität schneller erfüllt werde. In den Spiralarmen seien diese Klumpen die Sternenentstehungsgebiete.

Galaxien sind Drehimpulstransportmaschinen, vor allem Spiralgalaxien, meint Lesch, und auf keinen Fall stabil. Der Drehimpuls müsse raus, werde nach außen transportiert durch Wechselwirkung der Klumpen und Veränderungen der Spiralarme. Dann könne die Galaxie langsam schrumpfen. Nähere Erläuterungen folgen, wobei er die seiner Meinung nach „rein gravitative Wechselwirkung" dabei betont! Er beschreibt den Prozess der „dynamischen Reibung" zwischen Massen, die sich gegenseitig abbremsen, zur Massekonzentration und diese wiederum zur Verstärkung der Schwerkraft führen als weiteren Instabilitätsprozess.

Galaxien können sich dann gegenseitig sehr intensiv beeinflussen und in Galaxienhaufen können z.B. an einander vorbei ziehende Spiralgalaxien wechselwirken und sich durch Gezeitenreibung (unterschiedliche Gravitationspotenziale) Gas entziehen.

Natürlich vergisst er auch nicht die „Dunkle Materie", da man von den Instabilitäten der leuchtenden Materie auf die räumliche Ausdehnung und Masse derselben schließen könne.

Ufff!

P.S.: Lesch hat die Ausgangsfragen nicht 100% beantwortet, da er zwar das langsame Schrumpfen erwähnt hat, sich jedoch nicht zum Verschwinden der Galaxien äußert - entsprechende Passagen sind vielleicht der Schere zum Opfer gefallen.

Re: Notwendigkeit der dunklen Materie

Und da ich heute gar nicht genug bekommen kann, komme ich gleich zu einer weiteren, allerdings nicht in der vorgegebenen Reihenfolge stehenden Frage:

Aus der Sicht des Standardmodells hat sich Harald Lesch in der Sendung „Sind Galaxien stabil?" bei alpha Centauri, Staffel 4, Episode 185 damit beschäftigt. Siehe:

Sind Galaxien stabil?

Seine zusammenfassende Schlussfolgerung (bei 12:50-12:55 Min.) lautete im Originalton:

„Galaxien sind absolut instabile Gebilde – es gibt kein Gleichgewicht in einem System, wo die Gravitation als ultimative Kraft sozusagen alles dominiert."

Damit ist Deine Frage eigentlich schon beantwortet, Oli!

Re: Notwendigkeit der dunklen Materie

Na, dann müssen wir leider erst einmal zu zweit weiter werkeln, Oli!

K.S. de Boer von der Sternwarte der Universität Bonn schreibt zur Entschlüsselung der großräumigen Struktur unserer Galaxis einiges, was Deine Fragen berührt:

Entschlüsselung der großräumigen Struktur unserer Galaxis

Siehe speziell die Gliederungspunkte 3. Entfernung zum Zentrum der Galaxis und 6. Größe der Scheibe. Andere Deiner Fragen werden unter 2. Sternzählungen und räumliche Verteilung der Sterne sowie 4. Rotationsgeschwindigkeit adressiert.

Die Entfernung zum Zentrum der Galaxis wird nach de Boer auf einem Umweg ermittelt, der unter dem obigen Link grob beschrieben wird.

Aus der Tatsache, dass die Kugelsternhaufen eine nahezu sphärische Verteilung aufweisen, wird geschlossen, dass der Mittelpunkt von deren Verteilung das gravitative Zentrum der Milchstraße sein muss (sodass man damit die Entfernung zum Zentrum bekommt) als auch dass die Kugelsternhaufen als System nicht um das Zentrum rotieren sondern Tauchbahnen [Begriff wird dort leider nicht definiert – H.] mit willkürlicher Orientierung haben. De Boer schreibt weiter:

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass man die Entfernung zum Zentrum der Galaxis mittels der Entfernungsbestimmung für Kugelsternhaufen bzw. RR Lyrae-Sternen in denselben unter Zuhilfenahme von Farb-Helligkeits-Diagrammen (FHDs) in unserer Galaxis abschätzt. Dabei wird angenommen, dass der Mittelpunkt der Verteilung der Kugelsternhaufen identisch ist mit Entfernung zum Zentrum der Galaxis.

Für mich besonders interessant ist das Eingeständnis unter Punkt 6 mit folgendem Text:

Man scheint sich also über diese Entfernung auch streiten zu können und das erwähnte „Gas" ist m.E. Plasma – oder besser verschiedene Plasmen.

Re: Mehr Plasma: Lokale Flocke und Lokale Blase

Sehr interessanter Beitrag im Link, danke!

Als fernes Echo auf die Frage eines Gelöschten:

Re: Notwendigkeit der dunklen Materie

Du hast inzwischen vielleicht auch schon zur Deiner Frage "Wie bestimmt man die (ungefähre) Anzahl der Sterne in unserer Galaxie?" nachgelesen.

Ich habe die - allerdings 10 Jahre alten - Ausführungen der Sternwarte Höfingen (u.a.) gelesen.
Dort, also bei der Sternwarte Höfingen , liest sich das wie folgt:

"Den Hauptteil unserer Galaxie bildet also eine flache Scheibe von ca.30 kpc Durchmesser (1 kpc = 1 kiloparsec = 1 000 parsec = 3 262 Lichtjahre). Die größte Dicke der Scheibe misst ca. 1 kpc. Der zentrale Kern der Galaxie misst ca. 5 kpc im Durchmesser. Unser Sonnensystem steht etwa 9 kpc vom Zentrum entfernt. Die Scheibe rotiert mit einer Periode von ca. 250 Millionen Jahren. Die Geschwindigkeit des Sonnensystems ist dabei 250 km/s. Aus diesen Daten lässt sich nun, durch eine einfache Rechnung, die Größenordnung der Masse, und damit der Anzahl der Sterne ermitteln, wenn wir davon ausgehen, dass unsere Sonne ein Stern durchschnittlicher Größe ist. Die Rechnung berücksichtigt jedoch nur die innerhalb des Radius Sonne - Galaktisches Zentrum (2/3 des Durchmessers der Galaxie ) liegenden Massen. Unser Ergebnis zeigt uns also nur einen Teil der Gesamtmasse. Es gibt uns aber immerhin einen Richtwert, von dem aus wir eine vernünftige Abschätzung der Gesamtmasse vornehmen können.

Die Rechnung geht vom sogenannten Zweikörperansatz aus.

Ein Körper umkreist eine Zentralmasse auf einer kreisförmigen Bahn, das heisst seine Fliehkraft muss so groß sein, wie die Anziehung der Zentralmasse auf den umlaufenden Körper.

Die Fliehkraft ist K1 = mS * v2 / r

Die Anziehungskraft K2 = G * mS * MGal / r2

Da K1 = K2 sein muss, erhalten wir: mS * v2 / r = G * mS * MGal / r2 ; MGal = r * v2 / G

Verwendete Größen:

G Gravitationskonstante, bekannt

r Abstand der Sonne vom Zentrum der Galaxie

ms Sonnenmasse

MGal Masse der Galaxie

Als Ergebnis erhalten wir 130 Milliarden Sonnenmassen. Diese Rechnung berücksichtigt wie gesagt nur die innerhalb der Sonnenbahn befindliche Masse. Genauere Rechnungen gehen von 200 Milliarden Sonnenmassen aus. Wenn unsere Sonne ein durchschnittlicher Stern der Milchstraße ist, dann befinden sich in unserer Galaxie also demnach 200 Milliarden Sterne."

Eine wirkliche Zählung der Anzahl der Sterne gibt es also sowieso nicht. Inzwischen hat man wohl auch immer mehr lichtschwache  Braune Zwerge und Sterne der M-Klasse entdeckt. Die Form und damit Zahl und Verteilung von Sternen unserer Milchstraße scheint in der Diskussion auch eine Veränderung erfahren zu haben (von einer früher 4-5 armigen zu einer 2-armigen Balkenspiralgalaxie) und vielleicht ändert sich in der Zukunft die herrschende Meinung erneut.

Wenn die Milchstraße also nach traditioneller Rechnung - oder besser Schätzung - 100 bis 300 Milliarden Sterne besass, dann kann sie nach neueren Überlegungen, die von 3x mehr Sternen im Universum ausgehen und anderen Schätzmethoden eben auch rasch mal über eine Billion Sterne haben, womit sie unterdurchschnittlich wäre, wenn man einer Meldung von vor drei Jahren traut, nach der eine Galaxie im Durchschnitt 3 Billionen Sterne haben soll.

Der Bereich der Fehlertoleranz kann also statt 50% auch schon mal der Faktor 10 sein.

Und schon daher scheint man einmal mehr oder einmal deutlich wesentlich weniger "Dunkle Materie" zu brauchen.

Ich hoffe sehr, dass dies kein Zwiegespräch bleibt.

Re: Notwendigkeit der dunklen Materie

Ich bin nicht wirklich qualifiziert, um all Deine Fragen zu beantworten, aber damit nicht erst eine längere Pause eintritt, fange ich mit der ersten Teilfrage an:

Abgesehen von unserer Sonne (Berechnung der Sonnenmasse ) als Einzelstern, konnte man die Sonnenmasse bis vor recht kurzer Zeit nur bei Doppelsternen berechnen!

Hier wird eine Methode zur Massenbestimmung bei Doppelsternen vorgestellt (scheint aber auch nur bei ein paar Hundert bisher praktiziert worden zu sein):

Massebestimmung bei Doppelsternen

Als alternative Methoden werden dort noch die Nutzung der relativistischen Rotverschiebung sowie Masse-Leuchtkraft-Beziehung genannt.

Erst 2004 erfolgte der u.g. Seite zufolge das erste Mal (abgesehen von unserer Sonne) die Berechnung der Masse eines Einzelsternes mittels „Mikrolinsen-Effekt" für Messungen, die bereits 11 Jahre früher vorgenommen wurden:

Erste Masseberechnung für einen Einzelstern

Offenbar ist das alles sehr aufwändig und unwahrscheinlich zeitraubend, was erklärt, dass offenbar durchweg alle Aussagen für größere Systeme oder Zusammenhänge wie z.B. die Milchstraße auf bloßen Schätzungen beruhen, über deren Qualität ich hier nicht spekulieren möchte.

Re: Zu einigen Begriffen

Vielen Dank für die Ermutigung, Oli und Jannik!

Ich gehe also zunächst mal davon aus, dass ich mit meinem Verständnis nicht grob falsch liege, auch wenn man es vielleicht noch ausgefeilter formulieren könnte. Mal sehen, was mir im Verlauf des Jahres 2013 noch so dazu einfällt.

Zu einigen Begriffen

Zunächst einmal wünsche ich dem Betreiber der Seite, also Raphael, sowie allen Forumsbesuchern ein gesundes und erfolgreiches Jahr 2013!

Und dann habe ich auch schon ein Anliegen:

Beim Studium meist englischsprachiger Texte im Internet ist mir aufgefallen, dass offenbar keine Einigkeit in der Verwendung bzw. der inhaltlichen Beschreibung von Begriffen wie Plasmauniversum, Plasmakosmologie und Elektrisches Universum herrscht.

Gelegentlich scheinen sie als gleichartige Begriffe oder gar Synonyme verstanden zu werden, manchmal werden Unterschiede herausgestellt. Zu meinem eigenen Selbstverständnis würde ich die Begriffe gern geklärt wissen. Falls irgendwo bereits klare Begriffserklärungen existieren sollten, die ich vielleicht übersehen habe, dann wäre ich für einen Link oder Hinweis dankbar.

Im Moment habe ich dazu die folgenden Überlegungen:

Plasmaphysik ist ein Teilbereich der Physik, deren Gegenstand Plasma (bzw. Plasmen) sind.

Plasmakosmologie wäre, wenn man derselben Logik folgte, der Teil der Kosmologie, welcher sich mit Plasma befasst. Doch dem scheint nicht wirklich so zu sein. Man versteht darunter wohl eher einen kosmologischen Ansatz, der die dominierende, entscheidende Rolle des Plasmas hervorhebt.

Plasma(uni)versum ist ein daraus resultierender Begriff, welcher das Universum als vorwiegend mit Materie im Plasmazustand (sog. 4. Aggregatzustand) gefüllt ansieht (also dessen „Inhalt" beschreibt) und daraus entsprechende charakteristische Eigenschaften desselben ableitet.

Logisches Gegenstück zu diesem Plasmauniversum - oder kurz Plasmaversum - wäre ein Universumsbegriff, der sich aus der standardkosmologischen Sicht der Dinge ableitet. Man könnte dieses Universum als „Dunkles Universum" bezeichnen, da es fast vollständig aus „Dunkler Materie" und „Dunkler Energie" bestehen soll.

Elektrisches Universum ist hingegen ein Begriff, welcher als gestaltende und treibende Hauptkraft der Entwicklung im Universum die elektrische Kraft hervorhebt. Deren Rolle ergibt sich logisch aus der dem Sachverhalt des Vorliegens eines Plasmauniversums.

Logisches Gegenstück zu diesem „Elektrischen Universum" wäre ein Universumsbegriff, der sich wiederum aus standardkosmologischen Sicht als „Graviationsuniversum" beschreiben ließe. Die beiden genannten, zum Standardmodell passenden Universumsbegriffe – „Dunkles Universum" und „Graviationsuniversum" – werden so aber offenbar selten oder gar nicht verwendet. Nach seiner angenommenen Entstehung kann das Universum hier auch als „Urknalluniversum" bezeichnet werden oder aufgrund seiner „Mainstreamposition" als „Standarduniversum".

Erstaunlich ist, dass ein – allerdings inkonsequenter – Anhänger eines Elektrischen Universums ( http://www.the-electric-universe.info ) wie Körtvélyessy gleichzeitig auch an die Ausdehnung des Raums und ein Standarduniversum zu glauben scheint, also kein Anhänger eines Plasmauniversums im oben beschriebenen Sinn ist, zumal er nach Plasma als 4. noch Filamente als 5. Aggregatzustand definiert (0. oder 6. ist dann das theoretische Bose-Einstein-Kondensat http://www.the-electric-universe.info/Scripts/six_states.html ).

Meine Frage ist also, wie die o.g. Begriffe richtig zu definieren und zu verwenden sind?

Re: Grand Canyon – Elektrische Entladung oder Sturzflut

Danke, hab´s gerade gelesen. Kratereinschlag eindeutig nicht gegeben und die Spekulation auf "low-temperature hydrothermal waters" als formgebend nehme ich denen nicht ab. Klingt für mich nach sehr verzweifeltem Erklärungsversuch, der durch den abschließenden Verweis auf Schutzwürdigkeit und weitere, noch zu leistende Forschungsarbeit praktisch wieder aufgehoben wird.

Also, schnapp Dir Dein Bohrgerät, ich sorge für 2 Kalaschnikows (zum Selbstschutz) und ab geht´s!