Dunkle Materie und Dunkle Energie dem Laien erklären

Mit meinem kleinen Wissen weiß ich Folgendes:

Dunkle Materie

Das Zentrum einer Galaxie kontrolliert / zieht seine Objekte (Sterne, Planeten, Kometen usw.) aufgrund der Schwerkraft auf sich zu. Aber die Masse des Zentrums dieser Galaxie scheint geringer zu sein als nötig, um alle Objekte der Galaxie anzuziehen. Daher ist Dunkle Materie da, die diese Anziehung oder Kontrolle ermöglicht.

Dunkle Energie

Dies ist die Kraft, die Galaxien voneinander abzieht und damit das Universum ausdehnt. Wenn wir diese hypothetische Kraft nicht haben, können wir nicht erklären, warum die Abstände zwischen Galaxien zunehmen.

Frage

Bitte lassen Sie mich wissen, wie weit ich von der tatsächlichen Bedeutung / Definition dieser Begriffe entfernt bin. Und wie kann ich diese einem Laien erklären, der keine oder nur sehr geringe Kenntnisse über Astronomie hat?

Vielen Dank.

PS: Ich habe diese Frage hier gelesen , was ausgezeichnet ist, aber ich konnte mir keine Vorstellung davon machen, wie ich es einem Laien erklären soll.

Dunkle Materie Ihr Verständnis der Dunklen Materie ist nicht schlecht, aber hier sind einige klärende Details. Umlaufbahnen: Die Geschwindigkeit der Umlaufbahn eines Objekts hängt von zwei Faktoren ab: dem Radius seiner Umlaufbahn und der Masse in ihr. Im Sonnensystem sind mehr als 99% der Masse im Zentrum konzentriert, sodass der Radius die dominierende Auswirkung auf die Umlaufgeschwindigkeit hat. Wenn wir weiter von der Sonne entfernte Planeten betrachten, nimmt ihre Umlaufgeschwindigkeit ab. In der Galaxie ist es ähnlich, aber mit zunehmendem Orbitalradius wächst auch die Masse in Ihrer Umlaufbahn, da die Galaxie voller anderer Sterne ist. Trotzdem würden wir erwarten, dass die Umlaufgeschwindigkeit sinkt, wenn Sie Objekte in Richtung des Randes der Galaxie betrachten, da die Sterne beim Herausbewegen diffuser werden und sich nicht genügend Masse in der Umlaufbahn befindet, um den zunehmenden Radius zu kompensieren. Stattdessen,

Hier ein Beispiel für eine sogenannte Rotationskurve der Spiralgalaxie NGC 3198 :

Ohne dunkle Materie würden wir erwarten, dass die Geschwindigkeit von Objekten als Funktion des Radius (vom Massenmittelpunkt) der Kurve mit der Bezeichnung "Scheibe" folgt. Was wir jedoch sehen, scheint die Summe der beiden Beiträge zu sein (die Scheibe und der "Halo der dunklen Materie", der diese Scheibe umgibt), die mit tatsächlichen Daten überzeichnet sind.

Wir haben auch Hinweise auf diese zusätzliche Masse durch Gravitationslinsen. Wenn Licht wie ein Galaxienhaufen an einem großen Objekt vorbeigeht, kann sein Weg durch die Schwerkraft des Objekts gebogen werden. Wir können diesen Effekt beobachten, wenn sich ein Galaxienhaufen vor einer noch weiter entfernten Galaxie befindet und das Licht des Hintergrundobjekts vergrößert und verzerrt wird. Wir können den Weg berechnen, den das Licht genommen haben muss, um so zu erscheinen, wie wir es sehen, und die Masse, die erforderlich ist, um es auf diese Weise zu biegen, kann nicht nur mit den Sternen und dem Gas erklärt werden, die wir im Linsenhaufen sehen. Dies deutet erneut darauf hin, dass es eine zusätzliche Masse gibt, die wir nicht sehen können.

Dunkle Energie Mit dieser ist man nicht allzu weit weg, mit einem großen Unterschied: Dunkle Energie ist die "Kraft", die das Universum dazu bringt, seine Expansion zu beschleunigen . Wir erwarten, dass sich das Universum vom Urknall-Kosmologiemodell aus ausdehnt, aber wir erwarten, dass es langsamer wird, da die gegenseitige Schwerkraft von allem im Universum aufeinander einwirkt. Dunkle Energie scheint ein "Druck" auf jeden Teil des Weltraums zu sein, sich auszudehnen, aber sie ist sehr schwach und wurde während des größten Teils der Geschichte des Universums von der Schwerkraft und anderen Faktoren dominiert. Erst in den letzten paar Milliarden Jahren hat es begonnen, die Macht zu übernehmen.

Es funktioniert so etwas. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine 1-D-Region mit einer Raumzeit von 1 Einheit (nur aus praktischen Gründen). Hier ist es: | -------- | Jetzt wirkt auf diese Region dieser Expansionsdruck der dunklen Energie. Nehmen wir an, es sind 0,07 Einheiten pro Jahr und Einheit. Dies bedeutet, dass diese Region der Raumzeit jedes Jahr um 7% größer wird. In 10 Jahren wird sich die Länge verdoppeln: | -------- | -------- | Nun ist die Sache, jede dieser Regionen hat den gleichen Expansionsdruck wie die ursprüngliche! Also werden sich beide in 10 Jahren verdoppeln, und dann werden sich diese verdoppeln und so weiter. Was also passiert, ist, dass Sie lokal eine kleine Erweiterung erhalten, aber je weiter etwas entfernt ist, desto schneller beschleunigt es sich von Ihnen weg. Die wirkliche Wirkung der Dunklen Energie ist um Größenordnungen kleiner, etwa 67,15 ± 1,2 (km / s) / Mpc ( Wikipedia)), aber es bedeutet immer noch, dass Galaxien, die mehr als 4,5 Gigaparsek von uns entfernt sind, derzeit schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns weggetragen werden. (Wir können sie jetzt immer noch sehen, weil das Licht, das wir sehen, lange bevor die Expansionsrate so hoch wurde, ausgesandt wurde.) Die Expansion summiert sich über die riesigen Entfernungen, die wir im Universum sehen.

Dunkle Energie beeinflusst Dinge wie Planeten, Sonnensysteme und Galaxien nicht, da der Effekt auf kleinen Skalen so schwach ist, dass die Schwerkraft dem mehr als entgegenwirkt. Der Effekt ist vor allem auf den weiten, leeren Flächen zwischen Galaxienhaufen zu sehen.

Ich hoffe, das hilft!