Massives kompaktes Halo-Objekt – Wikipedia

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Hypothetische Form dunkler Materie in galaktischen Halos

EIN massives astrophysikalisches kompaktes Halo-Objekt (MACHO) ist eine Art astronomischer Körper, der die scheinbare Präsenz dunkler Materie in Galaxienhalos erklären könnte. Ein MACHO ist ein Körper, der wenig oder keine Strahlung aussendet und durch den interstellaren Raum driftet, der keinem Planetensystem zugeordnet ist (und der aus normaler baryonischer Materie bestehen kann oder nicht). Da MACHOs nicht leuchtend sind, sind sie schwer zu erkennen. Zu den MACHO-Kandidaten zählen Schwarze Löcher oder Neutronensterne ebenso wie Braune Zwerge und nicht-assoziierte Planeten. Als MACHO-Kandidaten wurden auch Weiße Zwerge und sehr schwache Rote Zwerge vorgeschlagen. Der Begriff wurde von der Astrophysikerin Kim Griest geprägt.[1]

Erkennung[edit]

Ein MACHO kann erkannt werden, wenn er vor oder fast vor einem Stern vorbeizieht und die Schwerkraft des MACHO das Licht beugt, wodurch der Stern in einem Beispiel für Gravitationslinsen, bekannt als Gravitationsmikrolinsen, heller erscheint. Mehrere Gruppen haben nach MACHOs gesucht, indem sie nach der Mikrolinsenverstärkung von Licht gesucht haben. Diese Gruppen haben ausgeschlossen, dass Dunkle Materie durch MACHOs mit einer Masse im Bereich erklärt wird 1×10-8 Sonnenmassen (0,3 Mondmassen) bis 100 Sonnenmassen. Eine Gruppe, die MACHO-Kollaboration, behauptete im Jahr 2000, genügend Mikrolinsen gefunden zu haben, um die Existenz vieler MACHOs mit einer mittleren Masse von etwa 0,5 Sonnenmassen vorherzusagen, genug, um vielleicht 20% der Dunklen Materie in der Galaxie auszumachen.[2]

Dies deutet darauf hin, dass MACHOs Weiße Zwerge oder Rote Zwerge sein könnten, die ähnliche Massen haben. Rote und weiße Zwerge sind jedoch nicht vollständig dunkel; sie emittieren etwas Licht und können daher mit dem Hubble-Teleskop und mit richtigen Bewegungsmessungen gesucht werden. Diese Recherchen haben die Möglichkeit ausgeschlossen, dass diese Objekte einen erheblichen Anteil der Dunklen Materie in unserer Galaxie ausmachen. Eine andere Gruppe, die EROS2-Kollaboration, bestätigt die Signalansprüche der MACHO-Gruppe nicht. Sie fanden nicht genügend Mikrolinseneffekt mit einer um den Faktor 2 höheren Empfindlichkeit.[3] Beobachtungen mit dem NICMOS-Instrument des Hubble-Weltraumteleskops zeigten, dass weniger als ein Prozent der Halomasse aus roten Zwergen besteht.[4][5] Dies entspricht einem vernachlässigbaren Bruchteil der Halomasse der Dunklen Materie. Daher wird das Problem der fehlenden Masse von MACHOs nicht gelöst.

MACHOs können manchmal als Schwarze Löcher betrachtet werden. Isolierte Schwarze Löcher ohne Materie um sie herum sind wirklich schwarz, da sie kein Licht emittieren und jegliches Licht, das auf sie fällt, absorbiert und nicht reflektiert wird. Ein Schwarzes Loch kann manchmal durch den Halo aus hellem Gas und Staub entdeckt werden, der sich um es herum als Akkretionsscheibe bildet, die von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs angezogen wird. Eine solche Scheibe kann Gasstrahlen erzeugen, die vom Schwarzen Loch weggeschossen werden, weil sie nicht schnell genug absorbiert werden können. Ein isoliertes Schwarzes Loch hätte jedoch keine Akkretionsscheibe und wäre nur durch Gravitationslinsen sichtbar. Kosmologen bezweifeln, dass sie den Großteil der Dunklen Materie ausmachen, da sich die Schwarzen Löcher an isolierten Punkten der Galaxie befinden. Der größte Anteil an der fehlenden Masse muss über die Galaxie verteilt werden, um die Schwerkraft auszugleichen. Eine Minderheit von Physikern, darunter Chapline und Laughlin, glauben, dass das weithin akzeptierte Modell des Schwarzen Lochs falsch ist und durch ein neues Modell, den Dunkelenergiestern, ersetzt werden muss; Im allgemeinen Fall für das vorgeschlagene neue Modell wäre die kosmologische Verteilung der Dunklen Energie leicht holprig, und Dunkelenergiesterne vom Urtyp könnten ein möglicher Kandidat für MACHOs sein.

Neutronensterne sind im Gegensatz zu Schwarzen Löchern nicht schwer genug, um vollständig zu kollabieren, und bilden stattdessen ein Material, das dem eines Atomkerns ähnelt (manchmal informell Neutronium genannt). Nach ausreichender Zeit könnten diese Sterne genug Energie abstrahlen, um so kalt zu werden, dass sie zu schwach wären, um sie zu sehen. Ebenso können auch alte Weiße Zwerge kalt und tot werden und schließlich zu Schwarzen Zwergen werden, obwohl das Universum nicht als alt genug angesehen wird, damit Sterne dieses Stadium erreicht haben.

Braune Zwerge wurden auch als MACHO-Kandidaten vorgeschlagen. Braune Zwerge werden manchmal als “gescheiterte Sterne” bezeichnet, da sie nicht genügend Masse haben, um die Kernfusion zu beginnen, sobald ihre Schwerkraft sie zum Kollaps bringt. Braune Zwerge haben die 13- bis 75-fache Masse des Jupiter. Die Kontraktion des Materials, aus dem der Braune Zwerg besteht, heizt ihn auf, sodass er im Infraroten nur noch schwach leuchten kann, wodurch er schwer zu erkennen ist. Eine Untersuchung der Gravitationslinseneffekte in Richtung der Kleinen Magellanschen Wolke und der Großen Magellanschen Wolke ergab nicht die Anzahl und Art von Linseneffekten, die erwartet werden, wenn Braune Zwerge einen signifikanten Anteil der Dunklen Materie ausmachen.[6]

Theoretische Überlegungen[edit]

Theoretische Arbeiten zeigten gleichzeitig auch, dass alte MACHOs wahrscheinlich nicht für die großen Mengen an Dunkler Materie verantwortlich sind, von denen man annimmt, dass sie heute im Universum vorhanden sind.[7] Der Urknall, wie er derzeit verstanden wird, konnte nicht genügend Baryonen produziert haben und immer noch mit den beobachteten elementaren Häufigkeiten übereinstimmen.[8] einschließlich der Fülle von Deuterium.[9] Darüber hinaus setzen separate Beobachtungen von akustischen Baryonenschwingungen, sowohl im kosmischen Mikrowellenhintergrund als auch in der großräumigen Struktur von Galaxien, dem Verhältnis von Baryonen zur Gesamtmenge an Materie Grenzen. Diese Beobachtungen zeigen, dass ein großer Anteil nicht-baryonischer Materie notwendig ist, unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit von MACHOs.[10]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Croswell, Ken (2002). Das Universum um Mitternacht. Simon und Schuster. P. 165.
  2. ^ C. Alcock et al., Das MACHO-Projekt: Mikrolinsen-Ergebnisse aus 5,7 Jahren LMC-Beobachtungen. Astrophys. J. 542 (2000) 281-307
  3. ^ P. Tisserand et al., Grenzen des Macho-Gehalts des Galaktischen Halos aus der EROS-2-Durchmusterung der Magellanschen Wolken, 2007, Astron. Astrophys. 469, 387-404
  4. ^ David Graff und Katherine Freese,
    [1], Analyse einer Hubble-Weltraumteleskop-Suche nach Roten Zwergen: Grenzen der baryonischen Materie im galaktischen Halo, Astrophys. J. 456: L49, 1996.
  5. ^ J. Najita, G. Tiede und S. Carr, From Stars to Superplanets: The Low-Mass Initial Mass Function in the Young Cluster IC 348. The Astrophysical Journal 541, 1 (2000), 977–1003
  6. ^ Paul Gilster (22. April 2009). “Ubiquitäre Braune Zwerge: Eine Lösung für dunkle Materie?”. centauri-dreams.org. Abgerufen 10. Januar 2019.
  7. ^ Katherine Freese, Brian Fields und David Graff,[2] Grenzen für stellare Objekte wie die Dunkle Materie unseres Halos: Nichtbaryonische Dunkle Materie scheint erforderlich zu sein.
  8. ^ Brian Fields, Katherine Freese und David Graff,[3] Chemische Häufigkeitsbeschränkungen für Weiße Zwerge als Halo-Dunkle Materie, Astrophys. J. 534: 265-276,2000.
  9. ^ Arnon Dar, Dunkle Materie und Urknall-Nukleosynthese. Astrophys. J., 449 (1995) 550
  10. ^ Wayne Hu (2001). “Leitfaden für Fortgeschrittene zu den akustischen Peaks und Polarisation”.