Unterschied zwischen dunkler Materie und dunkler Energie

Hauptunterschied - Dunkle Materie vs. Dunkle Energie

Das Verstehen der dunklen Materie und der dunklen Energie ist eines der Schlüsselgeheimnisse der Wissenschaft. Die Existenz sowohl der dunklen Materie als auch der dunklen Energie wird durch eine Reihe verschiedener Beobachtungen unterstützt. Es ist jedoch immer noch nicht bekannt, wie dunkle Materie und dunkle Energie entstehen oder woraus sie bestehen. Das Hauptunterschied zwischen dunkler Materie und dunkler Energie ist das dunkle Materie interagiert durch die Schwerkraft und versucht, Materie zusammenzubringen, wohingegen dunkle Energie beschleunigt die Ausdehnung des Universums und drängt Materie auseinander.

Was ist dunkle Materie?

In den frühen 1930er-Jahren untersuchte der Schweizer Astronom Fritz Zwicky, wie sich Galaxien in Galaxienhaufen bewegten. Er konnte die Masse einer Galaxie mit zwei Methoden berechnen. Erstens, indem er die Bewegung von Galaxien betrachtet, konnte er die Gravitationskräfte zwischen den Galaxien ableiten und bestimmen, wie viel Masse vorhanden sein sollte. Zweitens konnte er die Helligkeit von Galaxien messen und daraus ableiten, wie viel Materie vorhanden sein sollte. Seine Ergebnisse zeigten eine Diskrepanz: Als er die Bewegung zur Berechnung der Masse verwendete, kam er zu einem viel größeren Wert als bei der Messung der Masse mit Licht. Um dies zu erklären, glaubte Zwicky, dass es etwas anderes geben muss unsichtbar "Dunkle" Materie, die das Licht nicht erklären konnte.

In den nächsten vier Jahrzehnten wurde dieses Rätsel nicht ernsthaft erforscht. In den 1970er Jahren bemerkte Vera Rubin, der die Geschwindigkeit der Sterne im Zentrum einer Galaxie erforschte, dass Sterne, die weiter vom Zentrum entfernt waren, sich mit einer schnelleren Geschwindigkeit bewegten, als sie sollten. Sie kam auch zu dem Schluss, dass es in einer Galaxie etwas Unsichtbares geben muss, das dieses Verhalten erklären kann. Das Bild unten fasst ihre Ergebnisse zusammen:

EIN Galaxie-Rotationskurve - Die Grafik zeigt die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne in einer Galaxie bewegen, als Funktion der Entfernung des Sterns vom Zentrum der Galaxie. Die durchgezogene Linie zeigt das beobachtete Ergebnis, während die gestrichelte Linie das Ergebnis zeigt, das erwartet wurde, wenn nur sichtbare Masse (d. H. Gewöhnliche Materie) betrachtet wird.

Ein weiterer zwingender Fall für die Existenz dunkler Materie kommt aus Gravitationslinsen. Nach der Relativitätstheorie wird der Lichtweg gekrümmt, wenn Licht an massiven Objekten vorbeigeht. Infolgedessen können entfernte Galaxien verzerrt erscheinen.

Gravitationslinsen verzerren die Bilder entfernter Galaxien

Das Bullet Cluster besteht aus zwei Galaxien, die sich nach einer Kollision aneinander vorbeibewegen. Ein Bild des Bullet-Clusters ist unten gezeigt. Wir können feststellen, wo sich die gewöhnliche Materie in dieser Galaxie befindet, indem wir die von Gasen emittierten Röntgenstrahlen betrachten. Die rosafarbenen Bereiche des Bildes zeigen, wo sich die gewöhnliche Materie konzentriert. Bei der Untersuchung der durch den Bullet-Cluster erzeugten Gravitationslinseneffekte wird jedoch festgestellt, dass der Großteil der Masse in den blau dargestellten Regionen konzentriert ist.

Der Bullet-Cluster: Die Regionen in Rosa zeigen, wo die gewöhnliche (sichtbare) Materie am stärksten konzentriert ist. Die blauen Bereiche zeigen an, wo die meiste Masse bei Messungen der Gravitationslinse vorhanden sein sollte.

Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass dunkle Materie existiert. Wenn die Galaxien kollidieren, sollten sich dunkle Materieteilchen relativ schnell aneinander vorbei bewegen können, da sie nur über die Schwerkraft stark zusammenwirken. Gewöhnliche Materie interagieren viel mehr miteinander (beispielsweise mit elektromagnetischen Kräften). Daher dauert es viel länger, bis gewöhnliche Materie aneinander vorbeigeht. Dies erklärt, warum die rosa Bereiche in der Mitte des Clusters vorhanden sind.

Was ist dunkle Energie?

Licht von den Sternen, die sich von uns entfernen, wird rot verschoben. wenn wir das Licht betrachten, erscheint es röter als es sein sollte. In den späten 1920er Jahren erkannte Edwin Hubble, dass Sterne immer mehr Rotverschiebungen haben, was zeigt, dass sich das Universum ausdehnt. In den späten 1990er Jahren zeigten Messungen der Entfernungen und der Geschwindigkeiten von Sternen, die mit Typ Ia Supernovae noch weiter entfernt waren, dass sich das Universum tatsächlich vergrößert beschleunigte Rate. Diese Art der Beschleunigung kann nicht von gewöhnlicher Materie oder dunkler Materie herrühren, da sie über die Schwerkraft zusammenwirken und tatsächlich funktionieren sollten gegen die Expansion des Universums. Man nimmt an, dass dunkle Energie für die Beschleunigung der Expansion verantwortlich ist.

Ein weiterer Beweis für die dunkle Energie kommt von den kleinen Schwankungen, die in der kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) Strahlung. Diese Fluktuationen zeigen, dass das Universum nahezu "flach" ist. Die Massenenergiedichte gewöhnlicher Materie im Universum ist bei weitem nicht genug, um sie flach zu machen. Selbst wenn wir dunkle Materie einbeziehen, bleibt die Dichte noch gering. Dies kann miteinander in Einklang gebracht werden, wenn wir den Rest der Massenenergie nehmen, um aus der dunklen Energie zu kommen. Von kosmischen Mikrowellenhintergrundmessungen, die mit der Wilkinson-Mikrowellenanisotropie-Sonde (WMAP) durchgeführt wurden, sind die gegenwärtigen Schätzungen für die Zusammensetzung der Massenenergie im Universum wie folgt:

Der Massenenergieinhalt des Universums, zusammengestellt aus WMAP-Daten (NASA)

Es sollte erwähnt werden, dass die Anwesenheit von dunkler Materie und dunkler Energie von einigen Wissenschaftlern nicht akzeptiert wird. Stattdessen unterstützen sie alternative Theorien, um die Auswirkungen zu beschreiben, die wir der dunklen Materie und der dunklen Energie zuordnen. Diese Theorien ergänzen oft die Relativitätstheorie, um Erklärungen abzugeben. Die Unterstützung für solche alternativen Erklärungen nimmt jedoch ab.

Unterschied zwischen dunkler Materie und dunkler Energie

Auswirkungen auf die Materie

Dunkle Materie kann über die Schwerkraft zusammenwirken und trägt so dazu bei, Materie zusammenzubringen.

Dunkle Energie bewirkt, dass sich das Universum schneller ausdehnt und Materie auseinander geht.

Gegenwart

Dunkle Materie wird nicht als gleichmäßig verteilt angesehen.

Dunkle Energie Man nimmt an, dass es gleichmäßig im ganzen Universum verteilt ist.

Bild mit freundlicher Genehmigung

„Erwartete (A) und beobachtete (B) Sterngeschwindigkeiten als Funktion der Entfernung vom galaktischen Zentrum. Erstellt als Ersatz für File: newtonianfig2.pngat Englische Wikipedia. ”Von PhilHibbs (Eigene Arbeit in Inkscape 0.42) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons

„Was ist groß und blau und kann sich um eine ganze Galaxie wickeln? Eine Gravitationslinsen-Mirage… “von Lensshoe_hubble.jpg: ESA / Hubble & NASA (Lensshoe_hubble.jpg) [Public Domain], über Wikimedia Commons

„Zusammengesetztes Bild, das den Galaxienhaufen 1E 0657-56 zeigt, besser bekannt als Kugelhaufen…“ von NASA / CXC / M. Weiss (Chandra-Röntgenobservatorium: 1E 0657-56) [Public Domain], über Wikimedia Commons

"Today" vom NASA / WMAP-Wissenschaftsteam (Sponsor: National Aeronautics and Space Administration) [Nicht urheberrechtlich geschützt], über die NASA Aeronautics and Space Administration