Warum dreht sich eine Galaxie überall gleichschnell?

ascer · Anmeldungsdatum: 24.11.2011 Beiträge: 26

Huhu Community,

in Anlehnung an meinen anderen Post (http://www.physikerboard.de/topic,29478,-warum-drehen-sich-galaxien%3F.html) kam mir eine weitere Frage, dessen Antwort sich mir leider nicht erschließt.

Soweit ich weiß ist es ja so, dass man auf die dunkle Materie gestoßen ist, weil sich z.B. ein Stern S1 mit einer Geschwindigkeit v1 und einem Radius r1 von sagen wir mal 1.000 Lichtjahren näherungsweise genauso schnell auf seiner Umlaufbahn um den Mittelpunkt einer Galaxie bewegt, wie ein Stern S2 mit einer Geschwindigkeit v2 und einem Radius r2 von 10.000 Lichtjahren.

v1 und v2 sind also näherungsweise gleich, was nicht erwartet wurde.
Da r2 deutlich größer als r1 ist, sollte die Gravitationskraft S2 deutlich schwächer ins Zentrum der Galaxie ziehen und dadurch sollte auch v2 eigentlich deutlich langsamer sein..

Das v1 und v2 näherungsweise gleich sind, kann ja nur sein, wenn deutlich mehr Masse (und damit Gravitation) vorhanden ist, als sichtbar ist, weshalb man auf die Existenz von "dunkler Materie" schloss.

Mir stellt sich da aber eine sehr elementare Frage: wie und vor allem warum ist denn die dunkle Materie verteilt, dass das funktioniert?

Ich meine, wenn z.B. die dunkle Materie im Zentrum einer Galaxie konzentriert ist, dann müsste sich doch einfach nur v1 und v2 wegen mehr Gravitation erhöhen, aber die Gravitation wäre doch bei größerem Abstand zum Zentrum trotzdem schwächer.
So kann es ja also eigentlich nicht sein, da dann v1 und v2 deutlich unterschiedlich, nur eben "erhöht" sein würden?!
(Also scheint sich die dunkle Materie sich ja nicht besonders stark von der Gravitation des Galaxienzentrums beeinflussen zu lassen?!)

Die dunkle Materie müsste ja also irgendwie näherungsweise homogen verteilt sein?
So, dass halt ein Stern S1 der sehr nahe dem Zentrum von allen Punkten der "dunklen Materiewolke" etwa gleichstark angezogen wird (weil er sich mitten drin befindet), deshalb hat die dunkle Materie auf ihn quasi keinen starken Einfluss...und einer der am Rand der Galaxie ist, wird dann von dem groß der homogenen Wolke stark in Richtung Mittelpunkt der Galaxie gezogen, wodurch er "zusätzlicher" Gravitation ausgesetzt ist und deshalb nicht seine Umlaufbahn verlässt.

Soweit ich aber weiß, soll es doch so sein, dass die dunkle Materie zwar insgesamt relativ träge ist, sich aber ja doch durchaus an gewissen Punkten "konzentriert"...dann wäre es ja keine homogene Verteilung mehr und dann würde das Konzept ja nicht aufgehen...

Wie ist also dunkle Materie verteilt, dass S1, S2, S3, S.., trotz unterschiedlicher Radien alle näherungsweise die gleiche Radialgeschwindigkeit besitzen?

grüße & danke im Voraus,

ascer

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18021

Dunkle Materie ist hinsichtlich ihrer Natur, ihrer Dynamik sowie ihrer Verteilung in Galaxien immer noch ein Rätsel. Zunächst gibt es Modelle im Rahmen der Elementarteilchenphysik, denen zufolge sich die DM mittels leichter SUSY-Teilchen oder ggf. Axionen erklären lässt. Allerdings wurden diese Teilchen (noch) nicht direkt nachgewiesen.

Um die Rotationsprofile in Galaxien erklären zu können muss man einen in den Außenbereichen näherungsweise homogenen Halo an DM annehmen, dessen Dichte sich von der der leuchtenden Materie unterscheidet. Mittels der DM lässt sich dann auch die frühzeitige Bildung von Galaxien sehr gut erklären (Milleniums-Simulation).

http://de.wikipedia.org/wiki/Millennium-Simulation

Allerdings gibt es ein paar andere Probleme: zum einen sollte die DM-Verteilung in Zwerggalaxien in der Nähe großer Galaxien anders aussehen als beobachtet bzw. berechnet. Zum anderen findet man erstaunlicherweise in der näheren Nachbarschaft der Sonne überhaupt keine Effekte der DM – wobei diese Messungen umstritten sind, andere Forschgruppen finden dagegen etwas mehr DM als erwartet.

http://www.astronews.com/news/artikel/2011/10/1110-022.shtml
http://www.astronews.com/news/artikel/2012/04/1204-022.shtml
http://www.astronews.com/news/artikel/2012/08/1208-014.shtml

ascer · Anmeldungsdatum: 24.11.2011 Beiträge: 26

Vielen Dank auch hier für deinen Post!

Und sehr schön, dass du hier weiteren Lesestoff verlinkt hast, bin gerade fleißig beim Lesen smile

bergere · Anmeldungsdatum: 19.10.2012 Beiträge: 1

Hi,

ich habe eine kurze Zwischenfrage zu dieser ganzen Problematik das sich alle Sternensysteme scheinbar gleich schnell bewegen.

Einsteins Relativitätstheorie sagt doch auch aus das:
"die Zeit vergeht in der Nähe schwerer Objekte langsamer"

Wäre es nicht möglich das es nur aus unserer Sicht der Zeit (siehe Relativitätstheorie) erscheint das die sich die Sternensysteme näher an der großen Masse des Schwarzen Loches im Zentrum unserer Galaxie langsamer bewegen (bzw. die Zeit langsamer vergeht) als sie müssten (Geschwindigkeit ist ja von der Zeit abhängig die von den Schwarzen Loch beeinflusst wird) und weit entferntere Sonnensysteme sich aufgrund ihrer Entfernung zur Masse des schwarzen Loches sich schneller bewegen bzw. die Zeit schneller vergeht.

Oder wird dieser Effekt der Relativitätstheorie bereits mit einbezogen?

VG EB

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18021

Sowohl die Gravitation als auch die Geschwindigkeiten sind viel zu klein, als dass die Zeitdilatation dabei ein merkliche Rolle spielen würde