Dunkle Materie - dark matter

Einleitung

Ganz offensichtlich kommen alle Informationen über das Universum zu uns über Photonen: optische Photonen von Sternen, Radio-Photonen von neutralem Wasserstoffgas, Röntgen-Photonen von ionisiertem Gas und so weiter. Doch gibt es keinen Grund zu glauben, daß jeder Typ von Materie im Universum einen Leuchtfeuer von detektierbaren Photonen aussendet. Zum Beispiel kennt man keinen Grund, warum der Sternformungsprozeß nicht auch Sterne mit Massen unterhalb des Limits für  Wasserstoffbrennen auf der Hauptreihe (0.08 Sonnenmassen) produzieren sollte. Jeder dieser Sterne müßte sehr nahe bei uns sein (<< 1 pc), damit man ihn mit den heutigen Instrumenten finden kann. Neutraler Wasserstoff im interstellaren Raum würde sehr viel schwerer zu detektieren sein, wenn es keinen 21-cm Hyperfein Ãœbergang gäbe. Staub in Galaxien wurde auch nur entdeckt, weil die Staubkörnchen im Vergleich zur optischen Wellenlänge kleine sind und daher nicht nur das Licht der Sterne abdimmen sondern in den Rotbereich verschieben.

Sogar innerhalb eines gegebenen Typs von astronomischen Objekten gibt es keinen a priori Grund, warum Masse und Leuchtkraft gut korreliert sein sollen. Dieser Punkt wird von der Hauptreihen Leuchtkraftfunktion in der Sonnenumgebung verdeutlicht. Sterne heller als die Sonne tragen mit 95% ihrer Leuchtkraft bei, obwohl Sterne schwächer als die Sonne mindestens 75% der Masse ausmachen. Daraus folgt, daß sogar kleinste Veränderungen in der relativen Anzahl von Massereichen und Massearmen Sternen zu substantiellen Änderungen im  gesamt Masse-Leuchtkraft Verhältnis führen. Nichtsdestoweniger sind die Masse-Leuchtkraft Verhältnisse in den gut studierten Innenbereichen von vielen verschiedenen Spiral- und elliptischen Galaxien ungefähr die gleichen. Offensichtlich ist ein Aspekt des Stern-Formation-Prozesses in allen Systemen ähnlich. Diese Ähnlichkeit führt natürlich zu der Vermutung, daß man die Masse-Leuchtkraft Verhältnisse auch auf die Leuchtkraft-Armen äußeren Bereiche einzelner Galaxien oder Cluster von Galaxien übertragen kann. Es stellte sich aber heraus, daß diese Vermutung ganz falsch ist!

Es zeigte sich, daß auf der großen Skala die meisten astronomischen Systeme ein viel größeres Masse-Leuchtkraft Verhältnis besitzen als die zentralen Regionen der Galaxien; in vielen Fällen eine Größenordnung. Darüber hinaus ist das Volumen dieser Gebiete mit hohem Masse-Leuchtkraft Verhältnis so groß, daß sie über 90% der Masse des Universums enthalten.

Was ist der Grund für diese unerwartete hohen Masse-Leuchtkraft Verhältnisse? Kann es sein, daß in Regionen mit geringer Dichte der Stern-Formations-Prozeß hauptsächlich leichte Objekte wie schwache M Zwerge oder sogar Objekte mit Planetengröße hervorbringt? Könnte dort eine große Population von Schwarzen Löchern und Neutronensternen sein, die Überreste einer Generation von primordialen Sternen? Oder ist der größte Teil der Masse des Universums eingeschlossen in irgendwelchen exotischen Elementarteilchen?

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of Nuclear Chemisty