Joachim Stiller

Problem Dunkler Materie gelöst

Gegen Lesch und Co.

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Inhaltsverzeichnis

Titel

Die Wasserstoffhypothese der Dunkle Materie

Primordialer Wasserstoff

Die Materieverteilung innerhalb der Galaxie

Zur Materiedichteverteilung in Spiralgalaxien

Newtons Gravitations-Bewegungsgesetz und die Differenz von konstanter und variabler Zentralmasse

Herleitung von Newtons Gravitations-Bewegungs-Gesetz

Alan Guth: Die Gravitationsenergie

Die Übertragung auf Spiralgalaxien

Hinweise auf Dunkle Materie 1: Peter Schneider - Rotationskurven und Dunkle Materie

Hinweise auf Dunkle Materie 2: Benedikt Bauer: Evidenz der Dunklen Materie

Hinweise auf Dunkle Materie 3: Artikel in der „PhysiKontext“

Hinweise auf Dunkle Materie 4: Artikel in der Zeitung „Die Welt“

Hinweise auf Dunkle Materie 5: Artikel der Uni München

Literaturhinweise

Impressum neobooks

Die Wasserstoffhypothese der Dunkle Materie

Die Kosmologie nimmt heute ganz allgemein die Existenz einer sogenannten Dunklen Materie (DM) an, ohne die die Verhältnisse im Weltall nicht erklärt werden können. Um was es sich bei dieser postulierten Dunklen Materie (DM) handelt, ist bis heute nicht geklärt, und die Wissenschaft scheint heute von einer Lösung des Problems weiter entfernt, denn je. Zwei Beobachtungen scheinen die Existenz der DM eindeutig zu belegen:

1. der Gravitationslinseneffekt

2. die Bewegung der Galaxien in Galaxienhaufen

Die DM ist nur zu identifizieren, aufgrund der eindeutig bestimmbaren „Gravitationswirkung“, sichtbar ist sie hingegen „nicht“. Daher auch der Ausdruck „Dunkle Materie“. Aus weitgehend gesicherten Berechnungen ergibt sich für die DM etwa das fünffache der sichtbaren, stellaren Masse.

Ich möchte nun hier die durchaus gewagte These vorbringen, dass es sich bei der DM in Wahrheit nur um neutralen Wasserstoff handelt. Ich habe diese These wiederholt im Internet diskutiert und bin dabei auf wenig Verständnis oder gar Gegenliebe gestoßen. Ganz im Gegenteil. Im Augenblick scheine ich der Weltweit einzige Wissenschaftler zu sein, der die Wasserstoffhypothese der Dunklen Materie ernsthaft in Erwägung zieht. Aber, es gibt für mich ausreichend Gründe, die ein Festhalten an der Wasserstoffhypothese rechtfertigen. Diese möchte ich im Folgenden kurz darstellen.

Primordialer Wasserstoff

Fangen wir der Einfachheit halber einmal mit dem stärksten Gegenargument gegen die Wasserstoffhypothese an. Dort wird behauptet, außerhalb der stellaren Scheibe gäbe es keinen neutralen Wasserstoff, der ja sonst gemessen werden müsste. So schrieb mir der Redakteur von „Sterne und Weltall“, dem Publikationsorgan des Max-Planck-Instituts, Ulrich Bastian:

Die Wasserstoffhypothese passe „nicht zu primordialer Nukleosynthese und würde 21-cm-Strahlung freisetzen.“ Die Wasserstoffhypothese „ist also mit Leichtigkeit und mit großer Gewissheit (???) widerlegbar“ So weit, so gut.

Ich möchte nun auf das Material aus dem Werk „Die neue Kosmologie – von Dunkelmaterie, GUT’s und Superhaufen“, herausgegeben von James Cornell, besonders aber den Vortrag von Vera Rubin zurückgreifen, das die Sache bereits an dieser Stelle etwas erhellen kann. So schreibt Vera Rubin auf Seite 126:

„In einigen (?) Galaxien ist noch deutlich über die optisch sichtbare Galaxie hinaus neutraler Wasserstoff vorhanden, der im Radiobereich bei einer Wellenlänge von 21 cm beobachtet werden kann. Damit ist es möglich, die Dynamik und die Masseverteilung jenseits der Grenzen der optischen Galaxie zu untersuchen. Diese Beobachtungen zeigen, dass auch dieses Gas in großen radialen Entfernungen praktisch noch mit konstanter Geschwindigkeit kreist.“

Es gibt in diesem Vortag von Vera Rubin mehrere Abbildungen von Rotationskurven. Ich möchte hier besonders auf die Abbildung auf Seite 124 verweisen. Sie wurde 1982 das erste mal veröffentlicht. Im unteren Teil der Darstellung sind Rotationskurven zu sehen, die deutlich einen Radius von bis zu 40 oder 50 kpc aufweisen, was etwa 150 000 ly entspricht, etwa dem Dreifachen der optischen Galaxie. Die Messungen stammen von 1982 Heutige Messungen dürften erheblich genauer sein, und damit noch weiter in das Weltall hinausreichen. Neutraler Wasserstoff wird nicht nur überhaupt gemessen, sondern bis zu einem Mehrfachen der optischen Galaxie. Würde man den primordialen, neutralen Wasserstoff auch nur bis zu einem sechsfachen der optischen Galaxie nachweisen können, wäre die Wasserstoffhypothese bereits an dieser Stelle eindeutig bewiesen. Die Menge des dann vorhandenen neutralen Wasserstoffs würde ohne weiteres Ausreichen, die Dunkle Materie zu erklären, die ja auf etwa das fünffache der sichtbaren Masse geschätzt wird. q.e.d.

Die Materieverteilung innerhalb der Galaxie

Und nun kommen wir zu einem zweiten gewichtigen Einwand, der bereits von Zwicky gemacht wurde. Die Materieverteilung nimmt offensichtlich nach außen hin, also mit zunehmender Entfernung ab. Aber trotzdem bleiben die Rotationsgeschwindigkeiten gleichbleibend hoch, und das bis weit über den sichtbaren Bereich der stellaren Scheibe hinaus. Dies sei aber ohne DM nicht zu erklären.

Ich will nun versuchen, zu zeigen, dass es sich hierbei um einen kolossalen Denkfehler handelt, dessen Unverstand einmalig in der Geschichte der Menschheit sein dürfte.

Beginnen wir bei dem, was wir tatsächlich messen können, und das ist eine konstante Rotationsgeschwindigkeit. Nun können wir das Gravitations-Bewegungs-Gesetz so interpretieren, dass sich folgender Zusammenhang ergibt: Bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit nimmt die Gesamtmasse der Galaxie proportional mit der Entfernung, also proportional zum Radius zu. Ich lasse die Formel kurz folgen:

Das umgeformte Gravitations-Bewegungs-Gesetz:

1. Gesamtmasse M(r) = Radius R x v² / Gravitationskonstante G

So weit ist der Sachverhalt also eindeutig. Das ist aber noch nicht das Entscheidende. Fragen wir uns nun einmal, wie sich denn die Materieverteilung, also die Dichteverteilung der Materie bei steigender Entfernung verhält. Wir teilen zunächst den Gesamtradius in gleich große Abschnitte. Die Gesamtmasse nimmt nun proportional zum Radius zu. Da aber die (gedachten) Kreisringe (Kreissegment) flächentechnisch immer größer werden, muss zwangsläufig die Materieverteilung nach außen hin umgekehrt-proportional zum Radius abnehmen. Die Materie dünnt praktisch nach außen hin immer weiter aus, auch noch bis weit über den Bereich der optischen Galaxie hinaus. Über den Bereich der stellaren Scheibe hinaus setzt sich dieser Prozess der zum Radius umgekehrt-proportionalen (nicht aber exponentiellen, wie einiger Kosmologen fälschlicherweise annehmen) Ausdünnung der Materie (Wasserstoff) praktisch beliebig fort, theoretisch bis ins unendliche. Die Gesamtmasse der Galaxie (Spiralgalaxie) könnte theoretisch einen beliebig hohen Wert annehmen, und das obwohl die Dichteverteilung des neutralen Wasserstoffs nach außen hin abnimmt. Aber sie wird niemals Null. Wenn wir den primordialen Wasserstoff „nur“ bis zu einem sechsfachen des Radius der stellaren Scheibe nachweisen könnten, wäre meine Wasserstoffhypothese auch von dieser Seite her lückenlos und sauber bewiesen. Dass die Gesamtmasse der Galaxie dabei weiterhin mit dem Radius ansteigt, bleibt davon absolut unberührt. Das war ja gerade die Voraussetzung, die wir gemacht hatten. Man muss also genau zwischen Gesamtmassenzunahme und Materiedichteverteilung innerhalb der Galaxie unterscheiden, eine Unterscheidung, die Zwicky offensichtlich nicht gemacht hat. Für mich ist die Wasserstoffhypothese inzwischen „evindent“. Es kann nicht anders sein.

Literaturhinweise:

„Die neue Kosmologie“, hrsg. von James Cornell

„Sterne und Weltall“, Ausgabe 9/2005

De Boer/Fürst: „Astronomie“

Unsöld/Baschek: „Der neue Kosmos“

Weigert/Wendker: „Astronomie und Astrophysik“

Schneider: Extragalaktische Astronomie und Kosmologie“

Zur Materiedichteverteilung in Spiralgalaxien

Die Materiedichte innerhalb und außerhalb der stellaren Scheibe von Spiralgalaxien berechnet sich nach meiner Ableitung wie folgt:

1. p(r) = dM / dV

= d(v² r / G) / d(Pi h r²)

= (v² / Pi h G) x (dr / 2r dr)

= v² / (2 Pi h G r)

Ich habe aber auch noch eine andere Herleitung anzubieten, die aber zum selben Ergebnis kommt:

2. p(r) = (M(R) / R h) x (1 / 2 Pi r)

= (v² R / G R h) x (1 / 2 Pi r)

= (v² / G h) x (1 / 2 Pi r)

Bei Dichteprofilen wir nun üblicher Weise die sogenannte „Flächendichte“ angegeben. Dazu reicht es aus, in der obigen Formel die Höhe h einfach wegzulassen. Dann erhält man praktisch eine Projektion der gesamten Masse auf eine virtuelle, eben Fläche parallel zur Scheibe. Man herhält:

3. Fp(r) = v² / 2 Pi G r

mit:

v = Rotationsgeschwindigkeit

 = Kreiszahl

G = Gravitationskonstante

R = Radius, also Abstand vom Zentrum der Spiralgalaxie

Die Formel ist also so weit eindeutig, und für den Fall, dass wir und nicht verrechnen erhalten wir ungefähr:

für r = 5 kpc: 415 Sonnenmassen (Sm) pro Quadratparsec (pc²)

für r = 10 kpc: 207 Sonnenmassen (Sm) pro Quadratparsec (pc²)

für r = 15 kpc: 138 Sonnenmassen (Sm) pro Quadratparsec (pc²)

Und das stimmt ziemlich gut mit den erwarteten Parametern überein. Damit ist der Beweis erbracht: Bei der Dunklen Materie handelt es sich um Neutralen Wasserstoff und Helium. Diese Urmaterie befindet sich in der Verlängerung der stellaren Scheibe um die stellare Scheibe herum, also praktisch in der Fortsetzung des Warp

Newtons Gravitations-Bewegungsgesetz und die Differenz von konstanter und variabler Zentralmasse

Das Newtonsche Gravitations-Bewegungsgesetz kann wie folgt geschrieben werden:

5. v = Wurzel aus: (G M / r)

Dabei zeigt sich ganz grundsätzlich, dass v von nur zwei Größen abhängt: 1. Dem jeweiligen Radius, und 2. der Zentralmasse. Wenn wir dies nun auf das Sonnensystem einerseits und auf die Spiralgalaxien andererseits anwenden, ergibt sich je ein anderes Bild.

Für das Sonnensystem bleibt die Zentralmasse konstant. Die Rotationsgeschwindigkeit v hängt nur vom Radius ab. Wir können also schreiben

6. v = Wurzel aus: (G M(Sonne) / r)

Für die Spiralgalaxien nimmt die (scheinbare) Zentralmasse (Gesamtmasse) mit dem Radius zu. Die Rotationsgeschwindigkeit hängt somit nicht nur vom Radius r ab, sondern auch von der scheinbaren Zentralmasse M(r). Hinzu