Die Zwerggalaxien tanzen, die Kosmologie wundert sich

Bild einer elliptischen Galaxie.

Laut gängigem Lehrbuch besteht unser Universum aus 70% Dunkler Energie, 25% Dunkler Materie und nur aus 5% baryonischer Materie. Die Dunklen Energie – Einstein nannte sie auch seine grösste Eselei – ist eine Form von abstossender Energie, welche für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist. Die Dunklen Materie, sie ist eine nicht sichtbarer Masse, welche Galaxien zusammenhält und vom Schweizer Astronomen Fritz Zwicky in den 30er Jahren zum ersten Mal postuliert wurde.

Dann bleibt noch unsere gewöhnlichen baryonische Materie, welche wir nur zu gut aus dem Alltag kennen. Das sind quasi wir, die Atome, Moleküle, die Katze auf unserem Schreibtisch, also alles was wir sehen und fühlen können. Nehmen wir noch die Allgemeine Relativitätstheorie dazu, und schon haben wir das Standardmodell der Kosmologie zusammengemixt – das sogenannte Lambda CDM (kurz: ΛCDM) Modell.

Vom Urknall bis heute

Nun kennen wir dank Beobachtungen des Nachhallen des Urknalls die anfängliche Masseverteilung des Universums – ein Thema das ganze Bücher füllen kann, wie zum Beispiel das exzellente “The Music of the Big Bang” von Amedeo Balbi beweist. Nehmen wir die oben beschriebenen Komponenten und unsere altbekannten physikalischen Gesetze und füttern sie einem rechenstarken Supercomputer, können wir die Entwicklung des Universums bis zum heutigen Tag nachverfolgen. Dabei stellen wir fest, dass sich die Materie zuerst zu kosmischen Leintüchern (englisch: sheets) anordnet, dann zu Filamenten, und schlussendlich abgeknotet wird. Dieser Formalismus wurde theoretisch vom sowjetischen Physiker Zeldovich beschrieben, lange bevor Simulationen möglich waren. Heute nennen wir ihn den Zeldovich Formalismus (und die Strukturen auch Zeldovich Pfannkuchen – kein Witz).

Eindrücklich dargestellt ist diese Strukturbildung im folgenden Video. Da Dunkle Materie den Löwenanteil an Materie im Universum ausmacht, ist es in solchen Simulationen üblich, auf Sterne und Gas zu verzichten, und nur die Verteilung der Dunklen Materie zu simulieren.

Entsehung von Galaxiengruppen

Wir können in diesen Simulationen (im Video ab circa einer Minute) beobachten, dass kleine Verdichtungen der Dunkle Materie durch die Filamente in die jeweiligen Knotenpunkte, die sogenannten Halos, fallen. Die kleinen Dunklen Materie Verdichtungen, die Sub-Halos, werden von den Grossen “gefressen”, so dass diese grösser und grösser werden. Ähnlich wie im Ozean fressen die grossen Fische die Kleinen, nur ist hier die Gravitation der einzige Motivator. Hunger spielt also keine Rolle, obwohl wir diesen Effekt gerne in Fachkreisen als galaktischen Kannibalismus bezeichnen. Einige der kleinen Sub-Halos entgehen ihrem Schicksal jedoch und umkreisen die Zentralmasse in einem relativ stabilen Orbit. Solche Sub-Halo Satelliten entsprechen in der Realität den Zwerggalaxien, der Halo selbst einer grossen Galaxie wie unsere Milchstrasse. In anderen Worten, in dem Video sehen wir die Entstehung einer Milchstrasse mit ihren vielen Zwerggalaxie-Satelliten.

Eine Galaxie bestehend aus vielen Sternen
Die Sculptor Zwerggalaxie ist ein klassisches Beispiel einer Zwerggalaxie. Bild: ESO, Creative Commons Attribution 4.0.

Ein Problem für die Kosmologie?

Nun haben wir im Video sehen können, dass laut Simulationen hunderte solcher kleiner Satelliten um unsere Milchstrasse umherschwirren sollten. Suchen wir aber nach Zwerggalaxien um unsere Heimatgalaxie, finden wir nur eine Handvoll. Dies ist schon relativ lange bekannt und gilt als altes Problem in der Kosmologie. Die Zwerge bewegen sich auch nicht so, wie sie laut Simulationen sollten. Anstatt zufällig verteilt zu sein und sich in alle Richtungen zu bewegen, sind sie in einer dünnen, rotierenden Scheibe angeordnet. Fast wie die Planeten um die Sonne. Wo Chaos herrschen sollte, finden wir Ordnung.

Die Milchstrasse ist aber nicht die einzige Galaxie, die eine solche rotierende Ebenenstruktur aufweist. Auch um die Andromeda Galaxie – unsere galaktische Nachbarin – hat ein Team um Rodrigo Ibata in Strasbourg eine solche rotierende Ebene gefunden.

Bild einer Spiralgalaxie
Die Andromeda Galaxie in voller Pracht. Bild: Adam Evans, Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

In den kosmologischen Simulationen kommen solche rotierenden Strukturen extrem selten vor, also nur in etwa 0.1% der Fälle. Nur jede tausendste Galaxie sollte eine rotierende Ebene enthalten. Wie wir aber vorhin gesehen haben, kennen wir mit der Milchstrasse und der Andromeda Galaxie bereits zwei solcher Systeme. Um das zu veranschaulichen: Ich denke mir 2 Zahlen zwischen 1 und 1000 aus und diese muss zweimal richtig erraten werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass man dabei richtig liegt, beträgt eins zu einer Million. Ist es also ein (un)glücklicher Zufall, dass wir genau hier sitzen, wo sich Galaxien seltsam verhalten? Ja, genau dies war lange Zeit der Konsens der Wissenschaft. Auch wenn sich eins zu einer Million nach viel anhört, wird dieser Fall natürlich irgendwann einmal vorkommen. Schliesslich gibt es auch im Lotto Gewinner. Problem gelöst? Nicht ganz…

Die Probleme häufen sich

Unser Team hat die etwas weiter entfernte Centaurus A Galaxie – eine Galaxie, die etwa zehn mal so schwer ist, wie die Milchstrasse – untersucht und festgestellt: Auch um Centaurus A sind die Zwerggalaxien in einer Ebene angeordnet, die wieder im gleichen Drehsinn rotieren. Wie wir das fanden, haben wir dies im folgenden Video erklärt (leider nur auf Englisch).

Dr. Federico Lelli von der Europäischen Sternwarte ESO und ich erklären das Satellitenebenen Problem.

Auch hier haben wir verglichen, wie wahrscheinlich es ist, diese Beobachtung in den Simulationen zu finden. Wir finden wieder das Gleiche: eins zu tausend. Die Wahrscheinlichkeit, dieses Phänomen im lokalen Universum in drei von drei Fällen zu beobachten, steigt also zu eins zu einer Milliarde an. Eine Zahl, auf die ich persönlich nicht mehr wetten würde. Das ist auch ein Problem für die Kosmologie. Dem renommierten Wissenschaftsjournal Science war diese Studie jedenfalls eine Titelstory wert.

Titelblatt des Science Magazins zeigt die elliptische Galaxie Centaurus A mit der Unterschrift: "A cosmological conundrum".
Die Titelseite der Februar Ausgabe von Science mit der wunderschönen Centaurus Galaxie. Bild: Science.

Das Standardmodell auf dem Prüfstand

Nehmen wir also an, dass solche rotierenden Ebenenstrukturen häufiger vorkommen als gedacht, was bedeutet dies für das Dunkle Materie Modell? Gibt es eine Möglichkeit, die Modelle so anzupassen, dass solche Strukturen vermehrt vorkommen? Die Antwort lautet: Wahrscheinlich nein. Aber schauen wir uns dies noch genauer an.

Einfall der Zwerge durch Filamente: Wenn sich zwei Filamente, die das Halo füttern, genau gegenüberliegen, dann können solche rotierenden Satellitenstrukturen entstehen. Nur: genau dieser Formalismus ist die treibende Kraft in den Simulationen und somit dort bereits eingebunden. Wir haben aber gesehen, dass damit viel zu selten rotierende Satellitensysteme entstehen, als dass wir damit die Beobachtungen erklären könnten. Das Problem für die Kosmologie bleibt.

Schematische Zeichnung des Einfalls der Zwerggalaxien. Sie kommen aus allen Richtungen ins Halo der zentralen Galaxie ein.
Schematische Darstellung des Einfalls der Zwerggalaxien. Im Zentrum des Halos sitzt eine Spiralgalaxie. Die Zwerge sind als rote Punkte dargestellt und fallen entlang der Filamente in das Halo ein. Bild: Oliver Müller.

Einfall einer einzelnen Zwerggalaxiengruppe: Anstatt dass sich die Galaxiengruppe aus vielen einzelnen einfallenden Zwergen gebildet hat, wird in diesem Szenario eine ganze Meute an Zwergen auf einmal eingefangen. Mit dem Resultat, dass diese Zwerge dann in der gleichen Richtung rotieren. Das Problem für die Kosmologie dabei ist, dass eine solche Zwergengruppe etwa den gleichen Durchmesser wie die Zwerggalaxien-Ebenen haben müsste, was noch nie beobachtet wurde. Die beobachteten Zwergengruppen haben etwa den 20-fachen Durchmesser.

Schematische Zeichnung des Einfalls einer kompakten Gruppe der Zwerge.
Schematische Zeichnung des Einfalls einer kompakten Zwergengruppe in den Halo der Zentralgalaxie. Bild: Oliver Müller.

Entstehung durch Gezeitenkräfte: Hinsichtlich rotierender Ebenensysteme ist dieses Szenario das Vielversprechendste. Hierbei werden durch die Kollision zweier Galaxien Gezeitenärme entstehen, welche Gezeitenwerge bilden. Diese formen sich innerhalb der Kollisions-Ebene. Durch die Erhaltung des Drehimpulses werden diese Zwerge im Gleichsinn um die Hauptgalaxie rotieren. Das grosse Problem ist hierbei, dass diese Zwerge keine Dunkle Materie enthalten sollten, ein Widerspruch zum Standardmodell. Ich habe bereits in einem älteren Blogeintrag über den Unterschied zwischen Gezeitenzwergen und regulären Zwergen geschrieben.

Das Bild zeigt oben verschiedene beobachtete Spiralgalaxien, zwischen denen Geizetenarme entstehen. Unten wird ein Modell davon gezeigt.
Entstehung der Gezeitenzwerge durch Interaktion von Galaxien. Oben: astronomische Bilder von Galaxien in verschiedenen Stadien der Wechselwirkung. Unten: Schematische Darstellung der Entstehung des Gezeitenarms. Bild: Pawlowski et al. (2012, MNRAS, 423, 1109), Bild 6.

Während die ersten beiden Szenarien bereits in den Simulationen vorkommen und somit die Häufigkeit der gefundenen Ebenen nicht erklären können, würde das letztere Szenario bedeuten, dass etwas mit der Gravitationstheorie nicht stimmt. Alternativtheorien wie etwa MOND müssten hinzugezogen werden, um den beobachteten Dunkle Materie Effekt in den Zwerggalaxien zu erklären. Das wäre natürlich ein drastischer Schritt, der das ganze kosmologische Modell über den Haufen werfen und somit ein “Zurück zum Start” für unser Wissenschaftsfeld bedeuten würde. Für viele ein zu radikaler Schritt, für andere längst überfällig. Das Fazit? Es bleibt spannend!

Literatur

Im folgenden Reviewartikel wird eigentlich alles (und) mehr erläutert, was wissenschaftlich zu diesem Problem gesagt werden kann: Pawlowski (2018), MPLA, 3330004, “The plane of satellite galaxies problem, suggested solutions, and open problems”.

Dieser Artikel ist eine überarbeitete Version eines Eintrags über das Satellitenebenen Problem, welchen ich auf meinem alten Astronomie Blog geschrieben habe.

Titelbild: Überlagerung von Aufnahmen im Submillimeter- (APEX, orange) mit Röntgen- (Chandra, blau) und sichtbarem Bereich. Bild: ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray), CC BY 4.0.

Oliver Müller

Veröffentlicht von

Studiert habe ich die Physik an der Universität Basel. Eigentlich mit dem Ziel, Lehrer zu werden, bin ich doch noch in der Wissenschaft hängen geblieben. An der gleichen Uni habe ich dann als Letzter im Fach Astronomie promoviert, kurz darauf wurde die Astronomie geschlossen. Zurzeit arbeite ich mit einem Forschungsstipendium des Schweizerischen Nationalfonds an der Universität Strasbourg. In meiner Forschung verwende ich verschiedene optische Teleskope, wie etwa das Very Large Telescope. Mein Arbeitsfeld ist die extragalaktische Astronomie, vorallem die kleinsten Galaxien im Universum – die Zwerggalaxien – begeistern mich seit Jahren. Dies, da sie das beste Labor für die Erforschung der Dunklen Materie und alternative Gravitationstheorien darstellen.

22 Kommentare

  1. @Kosmologische Simulationen mit der MOND-Theorie?

    Also die Ergebnisse der Simulationen der kosmologischen Entwicklung mit Supercomputern mit der Annahme dunkler Materie passen zwar zur großräumigen Verteilung der Galaxien, aber überhaupt nicht zur Anzahl und zu dem beobachtetem Verhalten der Zwerggalaxien, wie sie um Muttergalaxien kreisen. Ich vermute mal, dass man solange an den simulierten Eigenschaften der dunklen Materie und deren Menge gebastelt hat, bis das Simulationsergebnis dann zu den Beobachtungen der Galaxienverteilungen passte. Habe ich das richtig verstanden?

    Die MOND-Theorie führt eine modifizierte Gravitationskraft ein, die vom üblichen Gravitationsgesetz bei großen Scalen in eine Gravitationskraft übergeht, die nicht mehr vom Abstand zum Zentrum des Schwerefeldes abhängt, sondern gleichbleibt. Auch hier hat man die Einstellungsparameter angepasst, aber so, dass die Gravitationskräfte nach der Mondtheorie den Beobachtungen der Bewegungen innerhalb der Galaxien entsprechen.

    Hat man denn auch mal Simulationen der kosmologischen Entwicklung vom Urknall bis heute mit Supercomputern gemacht, die ohne dunkle Materie und nur mit baryonischer Materie und streng nach den Gravitationskräften gemäß der Mond-Theorie ablaufen?

    Die fortschreitende Ausweitung des Raumes zwischen den Galaxien durch die dunkle Energie ist jetzt vermutlich nochmal eine Sache für sich?

    • Also die Ergebnisse der Simulationen der kosmologischen Entwicklung mit Supercomputern mit der Annahme dunkler Materie passen zwar zur großräumigen Verteilung der Galaxien, aber überhaupt nicht zur Anzahl und zu dem beobachtetem Verhalten der Zwerggalaxien, wie sie um Muttergalaxien kreisen. Ich vermute mal, dass man solange an den simulierten Eigenschaften der dunklen Materie und deren Menge gebastelt hat, bis das Simulationsergebnis dann zu den Beobachtungen der Galaxienverteilungen passte. Habe ich das richtig verstanden?

      LCDM kann sehr gut die grossräumigen Strukturen erklären, aber auf der Skala Galaxien hat es seine Schwierigkeit, das ist Richtig richtig, aber.
      Die grossräumige Verteilung der Galaxien wurde schon theoretisch von Zeldovich beschrieben und funktionierte ohne “basteln”. Das filamentäre Netz ist einfach ein Effekt der Gravitation, wenn Materie nicht total homogen verteilt ist.

      Die MOND-Theorie führt eine modifizierte Gravitationskraft ein, die vom üblichen Gravitationsgesetz bei großen Scalen in eine Gravitationskraft übergeht, die nicht mehr vom Abstand zum Zentrum des Schwerefeldes abhängt, sondern gleichbleibt. Auch hier hat man die Einstellungsparameter angepasst, aber so, dass die Gravitationskräfte nach der Mondtheorie den Beobachtungen der Bewegungen innerhalb der Galaxien entsprechen.

      Ja, in MOND ist die Geschwindigkeit distanzunabhängig, sobald man im kleinen Beschleunigungsregime ist. Dies wird mit einem einzigen Parameter beschrieben, der nicht angepasst wurde. Man misst ihn bei einer Galaxie, dann muss er zwingend bei allen anderen Objekten auch so sein (innerhalb der Fehlerunsichertheit natürlich).

      Hat man denn auch mal Simulationen der kosmologischen Entwicklung vom Urknall bis heute mit Supercomputern gemacht, die ohne dunkle Materie und nur mit baryonischer Materie und streng nach den Gravitationskräften gemäß der Mond-Theorie ablaufen?

      Leider nein, da dies wegen der nicht-Linearität der Gleichungen noch viel rechenaufwändiger ist, als mit Dunkler Materie. Aber es wird daran gearbeitet, und erste Codes dafür wurden entwickelt. Vielleicht sind gibt es so etwas also in ein paar Jahren.

      Die fortschreitende Ausweitung des Raumes zwischen den Galaxien durch die dunkle Energie ist jetzt vermutlich nochmal eine Sache für sich?

      Genau, im Standardmodell haben Dunkle Materie und Dunkle Energie wenig miteinander zu tun. Es ist unglücklich, dass beides ähnlich heisst. Es gibt aber versuche, dies zu kombinieren. In MOND zum Beispiel ist dieser neue Parameter mit Lambda und der Lichtgeschwindigkeit verknüpft.

  2. Mir scheint, die MOND-Theorie ist insoweit attraktiv, dass sie sehr einfach zu widerlegen sein muss. Wenn die MOND-Theorie richtig wäre, müsste sie in allen Galaxien genau gleich wirken.
    Ganz anders bei Annahme, es gebe lokale dunkle Materie. Dann kann man sich Galaxien mit viel dunkler Materie und Galaxien mit wenig dunkler Materie vorstellen und dementsprechend würden unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeitsverläufe de Galaxiensterne relativ zum Abstand vom Zentrum zu messen sein.

    Die Tatsache, dass immer noch nicht entschieden ist, ob es dunkle Materie gibt oder ob eine modifzierte Gravitation wirkt, kann in meinen Augen nur bedeuten, dass die heutige Astronomie noch nicht in der Lage ist, Galaxien genügend genau zu analysieren.
    Vielleicht ändert sich das ja mit der nächsten Generation von Teleskopen.

  3. @Wie funktioniert die Mondtheorie?

    Ich bin mal Ihrem Link https://prosaderphysik.wordpress.com/2017/08/18/mond-ein-gesetz-sie-alle-zu-binden-die-herleitung/ gefolgt, und versuche das gerade zu verstehen:

    Also die Gravitationskräfte, auch die Summen bei vielen beteiligten Massen, bleiben komplett unverändert. Aber die resultiernden Beschleunigungen ändern sich. Je langsamer die Beschleunigung, desto leichter kann ein Körper mit der selben Kraft beschleunigt werden. Das tritt allmählich im Bereich der neuen Naturkonstanten a0 = etwa 10 hoch -10 Metern pro Quadratsekunde, ein, und nicht ab einem bestimmten Abstand vom Gravitationszentrum.

    Hab ich das richtig verstanden?

    • Also die Gravitationskräfte, auch die Summen bei vielen beteiligten Massen, bleiben komplett unverändert. Aber die resultiernden Beschleunigungen ändern sich. Je langsamer die Beschleunigung, desto leichter kann ein Körper mit der selben Kraft beschleunigt werden. Das tritt allmählich im Bereich der neuen Naturkonstanten a0 = etwa 10 hoch -10 Metern pro Quadratsekunde, ein, und nicht ab einem bestimmten Abstand vom Gravitationszentrum.

      Hab ich das richtig verstanden?

      Richtig. Ist die Beschleunigung kleiner als die neue Naturkonstante a0, dann wirkt die Gravitation stärker, als man sich nach Newton gewohnt ist (oder wie Sie anders formulieren, es ist leichter, einen Körper zu beschleunigen). Und dies hat somit nichts mit dem Abstand zu tun, wie andere Modifizierte Gravitationstheorien es vorschlagen, sondern ist rein durch die Beschleunigung festgesetzt.

  4. Nun kennen wir dank Beobachtungen des Nachhallen des Urknalls die anfängliche Masseverteilung des Universums…

    Ich würde eher die Urknalltheorie verwerfen, als nach MOND greifen. “unsere altbekannten physikalischen Gesetze” sind grundlegend, “Big Bang” ist dagegen eine Vorstellung.

    Nachdem ich mir die Simulation angeschaut habe, bekam ich den Eindrück, es sei zu viel Masse im Spiel. Deswegen wird es zu viel Schrott (heißt Zwerggalaxien) produziert. Reduzieren Sie die gesamte Masse (bis vielleicht auf 1/5) und ich denke, dann kommt es ein der Realität näheres Verhältnis heraus.

    • Ne, da ist genug Masse vorhanden, die Lösung für das Missing satellite problem ist Supernova Feedback.

      Vieles ist Vorstellung. Jedes Modell ist falsch, gewisse sind aber nützlich. Big Bang zählt dazu.

  5. Hier wird mit dunkler Materie und dunkler Energie umgegangen, als ob sie es wirklich gäbe. Ohne Beweise bleibt alles Spekulation.

    • Hier wird mit dem bisher erfolgreichsten Modell der Kosmologie umgegangen. Wer weiss, vielleicht ist es falsch, vielleicht auch nicht? Ist doch schön dass es noch offene Fragen gibt. Erklären kann LCDM auf jedenfalls ganz schön viel.

  6. @Auswirkungen der MOND-Theorie

    Also wenn ich die Gravitationsauswirkungen gemäß der MOND-Theorie konkret berechnen will, muss ich zunächst nach Newton ganz normal die Gravitationskräfte aller beteiligten Massen addieren, und erhalte so ein Feld mit Vektoren für jeden Raumpunkt, der Richtung und Stärke der Gravitationskraft festlegt. Jetzt kann ich ganz einfach die nötige Korrektur einbinden, indem kleine Gravitationskräfte, die in den Bereich von etwa unter den Beschleunigungswert A0 fallen, entsprechend der zugehörigen Formel einfach etwas erhöht werden. Jetzt habe ich das ganze Gravitationsfeld berechnet, dass den Formeln der Mondtheorie folgt.

    Wenn ich jetzt aus diesem Feld mit den Vektoren für die Beschleunigungen per Integral ein Feld der potentiellen gravitativen Energie mache, erhalte ich gegenüber dem rein Newtonschen Gegenstück eines, dass in den Bereichen mit geringen Gravitationskräften Ausbeulungen nach oben hat. Meine Frage hier: ist dieses integrale Feld der potentiellen gravitativen Energie nach der MOND-Theorie überhaupt konsistent definiert?

    Was die Verifizierungsmöglichkeiten angeht, hat Herr Holzherr recht, dass das am einfachsten zu machen ist, wenn man die Gravitationskurven verschiedener Galaxien genau genug messen kann, und überall der selbe Wert von A0 zum tragen kommt. Man müsste nur die beteiligten Massen und die entsprechenden Rotationsgeschwindigkeiten genau genug messen können. Reicht hierfür die nächste Generation von Teleskopen?

    Im Vergleich zu den Effekten angenommener dunklen Materie ist die Wirkung der Gravitationskräfte nach der MOND-Theorie vergleichsweise umso stärker, je größer die betrachteten Strukturen und Entfernungen sind. Die Gravitationskräfte sinken ja bei der MOND-Theorie mit der weiteren Entfernung nur proportional zu 1 durch r, und nicht mit 1 durch r-quadrat wie bei angenommener Dunkler Materie.

    Wenn ich mir das jetzt richtig vorstelle, würden auch die Zwerggalaxien, die entlang der Filamente in Richtung der größeren Galaxien wandern, um einiges größere Geschwindigkeiten erreichen, vor allem bei langen Filamenten.

    Generell würde sich der Unterschied der Korrektur nach der MOND-Theorie im Vergleich zur Annahme von dunkler Materie umso stärker auswirken, je größer die betrachteten Strukturen werden, solange man sich im Bereich von Beschleunigungen unter dem Wert A0 bewegt.

    Bei einer Simulation des ganzen Universums im Vergleich zu Modellen mit dunkler Materie würde sich dabei der ganze Ablauf der Filamentenbildung anders gestalten. Die Kräfte von sehr weit entfernten Massen aufeinander wären sehr viel größer, und der ganze Prozess würde wesentlich schneller ablaufen, aber nur solange die Dichte nicht zu groß wird, und die Beschleunigungswerte nicht größer als A0 werden. Die Anbahnung von großräumigen Massenansammlungen wäre also schneller, in den dichten Bereichen innerhalb von vor allem sehr großen Galaxien würden die Verdichtungsprozesse dann aber vergleichsweise langsamer ablaufen.

  7. @Unmögliche MOND-Theorie?

    Ich habe noch weiter über die MOND-Theorie nachgedacht, und ein Problem damit.

    Also wenn ich die Gravitationsauswirkungen gemäß der MOND-Theorie konkret berechnen will, muss ich zunächst nach Newton ganz normal die Gravitationskräfte aller beteiligten Massen berechnen und dann addieren, und erhalte so ein Feld mit Vektoren für jeden Raumpunkt, der Richtung und Stärke der Gravitationskraft festlegt. Jetzt kann ich ganz einfach die nötige Korrektur einbinden, indem kleine Gravitationskräfte einfach ein Stück erhöht werden, so wie die MOND-Theorie es für Beschleunigungswerte unterhalb von A0 vorsieht. Jetzt habe ich das ganze Gravitationsfeld berechnet, dass den Formeln der Mondtheorie folgt.

    Wenn ich das jetzt mit einer dünnen Gaswolke mache, die selbst keine nennenswerten Gravitationskräfte verursacht, funktioniert das wunderbar. Aber wenn ich jetzt einen ganzen Stern betrachte, der sich durch den Außenbereich einer Galaxie bewegt, taucht ein Problem auf: Die Gravitationskräfte innerhalb des Sterns sind ja ganz weit über dem Beschleunigungswert A0, und wenn ich jetzt für ein einzelnes Stück Sternmaterie die Gravitationskräfte aller Beteiligten Massen addiere, ist die resultierende Beschleunigungsstärke in jedem Fall oberhalb A0, und es ist keinerlei Erhöhung gemäß der MOND-Theorie an solchen Raumpunkten vorgesehen. Da der Stern nun mal aus Einzelteilen besteht, die alle oberhalb der Grenze A0 Gravitationskräften ausgesetzt sind, erfährt auch der ganze Stern keinerlei Wirkungen nach der MOND-Theorie.

    Also entweder ich hab die MOND-Theorie falsch verstanden, oder es müssen doch die weiträumigen schwachen Gravitationsfelder in der Korrekturrechnung gemäß der MOND-Theorie irgendwie von den lokalen Gravitationsfeldern z.B. von einzelnen Sternen getrennt werden. Ohne dem kann das so nicht funktionieren.

  8. Ich habs jetzt noch nicht ganz geblickt @Tobias aber ist das mit dem Unterteilen nicht wie bei dem 100m Läufer der sich dem Ziel nur infinitesimal klein annähert es aber nie erreicht weil man immer kleinere Streckensegmente aufsummiert?

    Ich geh mal grübeln 🙂

  9. @Ulil Schoppe

    Mit infinitesimalen Scheineffekten hat mein Problem mit der MOND-Theorie (MT) nichts zu tun.

    Nach der MT werden kleine Gravitationswerte unterhalb vom Beschleunigungswert A0 ein wenig erhöht, und das unabhängig von der Entfernung der Gravitationsquellen. Wenn jetzt lokale Gravitationsfelder dazukommen, funktioniert das so nicht mehr. Im Umfeld von jedem Stern liegen die Beschleunigungswerte allein aufgrund der Gravitationswirkung des Sterns immer weit über A0, und damit außerhalb der Auswirkungen der MT. Jeder Planet, der um den Stern kreist, wäre nicht von der Korrekturrechung gemäß der MT betroffen, egal wie weit der Stern sich im Außenbereich seiner Galaxie aufhält. Dasselbe gilt für den Stern selbst, die Sternmaterie erzeugt ja auch Gravitationskräfte innerhalb des Sterns.

    Eine Rettung der MT erfordert einen Trennung von weiträumigen Gravitationsfeldern in galaktischen Dimensionen von etwa über 1000 Lichtjahren und den lokalen Gravitationsfeldern z.B. in der Nähe von einzelnen Sternen.

    Für eine Simulation der Beschleunigungswerte innerhalb einer ganzen Galaxie könnte man wie folgt vorgehen: Zunächst werden nur die weiträumigen Beschleunigungswerte der beteiligten Massen ab einer Entfernung von über 1000 LJ für jeden Raumpunkt berechnet. Dann werden für alle Raumpunkte mit Beschleunigungswerten unterhalb A0 die Korrekturen gemäß der MT vorgenommen. Erst danach werden die Gravitationswerte innerhalb der Galaxie für Entfernungen von unter 1000 LJ berechnet, und zu der ersteren Rechnung hinzuaddiert. Erst jetzt habe ich ein Gravitationsfeld ermittelt, dass ich mit den Beobachtungen vergleichen kann.

    Der Entfernungswert für die Auftrennung der Rechnung ist von mir willkürlich festgelegt worden. Sollte in der Physik der Wirklichkeit auch so gerechnet werden wie in der hier vorgeschlagenen Simulation, wird es neben A0 noch eine zweite zusätzliche Naturkonstante geben, die ich hier einfach auf 1000 LJ gesetzt habe. Deren Wert kann zwischen 1 LJ und 5000 LJ liegen, schätze ich mal. Mit dem Vergleich von genauen Simulationen mit hinreichend genauen Messungen müsste der tatsächliche Wert dieser zusätzlichen Konstante ermittelt werden können.

    Das hört sich recht willkürlich an, aber man könnte das ja mal testen, wenn man sowieso dabei ist, Galaxien genau auszumessen und die Ergebnisse davon mit Simulationen vergleicht.

  10. Ich finde es ja lobenswert, dass sich hier Leute Gedanken über MOND machen, aber die Kommentarspalte hier ist der falsche Ort für solche Diskussionen, vorallem, da sich der obige Artikel eigentlich nicht mit MOND befasst. Ich bitte also um ein “zurück” zum Thema.

  11. Oliver Müller schrieb (06.11.2019, 13:44 Uhr):
    > […] dass sich hier Leute Gedanken über MOND machen, aber die Kommentarspalte hier ist der falsche Ort für solche Diskussionen, vorallem, da sich der obige Artikel eigentlich nicht mit MOND befasst. […]

    Steht denn (mindestens) ein SciLog-Artikel bereit, in dessen Kommentarspalte(n) stattdessen Leute ihre Gedanken über MOND Barriere-frei äußern und austauschen könnten; womöglich sogar unter Einbeziehung von Moffat-STVG/MOG, Weyl-Mannheim-CG usw. usf. ?

  12. Steht denn (mindestens) ein SciLog-Artikel bereit, in dessen Kommentarspalte(n) stattdessen Leute ihre Gedanken über MOND Barriere-frei äußern und austauschen könnten; womöglich sogar unter Einbeziehung von Moffat-STVG/MOG, Weyl-Mannheim-CG usw. usf. ?

    Ich werde sicher einmal einen Artikel über MOND schreiben. Wann dieser aber kommt, steht noch offen. Was mich aber ehrlich gesagt ein wenig verwundert in der oben geführten Diskussion ist, das zwar scheinbar sehr viel Hirnschmalz von den Kommentatoren in die Aufarbeitung von MOND hineinfliesst, aber die wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema grosszügig ignoriert wird.

    Was mich auch ein wenig stört ist die fehlende Selbstreflektion hier, welche zum Beispiel im folgenden Zitat durchdrückt.

    Also entweder ich hab die MOND-Theorie falsch verstanden, oder es müssen doch die weiträumigen schwachen Gravitationsfelder in der Korrekturrechnung gemäß der MOND-Theorie irgendwie von den lokalen Gravitationsfeldern z.B. von einzelnen Sternen getrennt werden. Ohne dem kann das so nicht funktionieren.

    Wenn viele Wissenschaftler seit 30 Jahren sich mit MOND und co. beschäftigen, ist es doch unwahrscheinlich, dass die Theorie in Kommentarspalten von Leuten, die sich mal Spitz formuliert “ein paar Gedanken dazu machen”, revolutioniert wird, oder sogar widerlegt. Da ist es doch eher wahrscheinlich, dass man den Fehler bei sich selber suchen muss (Ausnahmen natürlich gibt es immer).

    Deshalb frage ich mich schon, weshalb es der Wunsch ist, sich “Barriere”-frei darüber diskutieren zu wollen. Ich will hier niemanden vor den Kopf stossen und finde es ja super toll, dass sich Leute für das Thema interessieren. Aber wer den Wunsch hegt, sich da ernsthaft einzubringen, sollte dies mit den wissenschaftlichen Methoden tun und das bedeutet auch das Studium der Fachliteratur. Es hat ja seinen Grund, dass Wissenschaftler Jahre oder sogar Jahrzehnte damit verbringen, sich die Grundlagen beizubringen, bevor sie selbst in der Forschung mittun können.

    Damit kommt auch mein Schlussplädoyer: Ich werde nicht auf solche scheinbar tiefen Dikussionen eingehen, wenn es mir aus der Diskussion klar wird, dass selbst einfache Dinge, die klar in der Literatur definiert sind, nicht angeschaut wurden. Meiner Meinung nach ist die Kommentarspalte dafür da, über das Geschriebene des Artikels zu diskutieren oder nochmals bei Unklarheiten nachzufragen. Für eine “wissenschaftliche” Aufarbeitung ist die Kommenarspalte aber der Falsche Ort.

  13. Ich werde mir jetzt kein Bücherregal zulegen in dem dann die Fachliteratur zu irgendeiner Theorie drinnen steht. Ich dachte immer Wissenschaftler würden sich freuen wenn sich Laien für ein Thema interessieren…

    • Ich werde mir jetzt kein Bücherregal zulegen in dem dann die Fachliteratur zu irgendeiner Theorie drinnen steht. Ich dachte immer Wissenschaftler würden sich freuen wenn sich Laien für ein Thema interessieren…

      siehe:

      Ich will hier niemanden vor den Kopf stossen und finde es ja super toll, dass sich Leute für das Thema interessieren.

      Aber es ist auch verständlich, dass ich keine Lust habe, Dinge wie

      Meine Frage hier: ist dieses integrale Feld der potentiellen gravitativen Energie nach der MOND-Theorie überhaupt konsistent definiert?

      zu beantworten, die sogar auf der Wikipedia Seite von MOND (auf Englisch) stehen. Und der Diskurs oben hatte nunmal den Anspruch, tief in die Materie einzudringen, dann darf ich wohl auch den Wunsch äussern, sich zuerst mit der Literatur zu beschäftigen, bevor man einen 660 Wörter langen Abriss schreibt. Ist das nicht verständlich?

  14. @Oliver Müller

    Ich will hier keine Theorien umstürzen. Ich finde als Laie die Physik und vor allem die Astronomie total spannend, und stell mir gerne vor, wie der Kosmos so funktioniert. Einfach um was zum Träumen zu haben, und sich als Mensch in was Großem zu fühlen. Zwischendurch mal ein bisschen Mathematik kann da nicht schaden, finde ich.

    Ich bin Ihrem Link https://prosaderphysik.wordpress.com/2017/08/18/mond-ein-gesetz-sie-alle-zu-binden-die-herleitung/ gefolgt und bin da auf Unklarheiten gestoßen, und habe auf eine schnelle Reaktion gehofft. Die im Link angeführten Literaturhinweise sind leider auf Englisch, damit habe ich Schwierigkeiten.

    Meine Frage „Also entweder ich hab die MOND-Theorie falsch verstanden, oder…“ war keine rhetorische Frage. Aus Ihrer Nicht-Reaktion schließe ich, dass ich da wohl was falsch verstanden habe. Was, weiß ich zwar immer noch nicht, aber damit kann ich leben.

  15. @Tobias Jeckenburger

    Kein Problem.

    Ich bin Ihrem Link https://prosaderphysik.wordpress.com/2017/08/18/mond-ein-gesetz-sie-alle-zu-binden-die-herleitung/ gefolgt und bin da auf Unklarheiten gestoßen, und habe auf eine schnelle Reaktion gehofft. Die im Link angeführten Literaturhinweise sind leider auf Englisch, damit habe ich Schwierigkeiten.

    Normalerweise helfe ich ja auch gerne, aber in diesem Fall rückt die Diskussion zu weit weg von dem, was im obigen Artikel erläutert wurde, weshalb ich auch nicht inhaltlich darauf reagiert habe. Vielleicht bin ich auch durch die wöchentlichen E-Mails, welche ich erhalte, in denen “Laien” die Kosmologie, die Allgemeine Relativitätstheorie oder sonst was widerlegen, ein gebranntes Kind. Vorallem schwierig wird es, wenn dann Leute ihr eigenes Vokabular verwenden. Deswegen habe ich auch auf die bestehende (Fach)Literatur gepocht, damit überhaupt eine Diskussion möglich ist.

    Die Feldbeschreibung, die Sie hier diskutieren, entspricht nicht der klassichen MOND Theorie, da in MOND nicht “Felder” diskutiert werden. Erweiterung, die in Ihre Richtung gehen, sind z.B. AQUAL. Siehe z.B. diesen Artikel in Spektrum. Das wird aber wirklich kompliziert. Auch gibt es in MOND den Externen Feld Effekt, der eine Abweichung vom klassischen MOND Effekt beschreibt, wenn sich ein Objekt in einem äusseren Gravitationsfeld befindet. Auf scienceblogs habe ich mal darüber geschrieben. Ich denke Ihre Gedanken zu dem Inneren des Sternes gehen in diese Richtung.

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