30 Questions
Welche Art von Galaxie wird in Abbildung 1 betrachtet?
Spiralgalaxie
Was wird als kreisförmige Bewegung der Sterne angenommen?
Kreisförmige Bewegung
Warum wird von einer radiusabhängigen Massenverteilung in Galaxien ausgegangen?
Aufgrund des Vorhandenseins schwerer schwarzer Löcher in den Zentren
Wie würde sich die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne verhalten, wenn von einer homogenen Massenverteilung ausgegangen wird?
Linear mit dem Abstand zum galaktischen Zentrum wachsen
Welche Masse besitzt das zentrale schwarze Loch in der Milchstraße ungefähr?
Einige Hundert Millionen Sonnenmassen
Wie viele Sterne beherbergt die Milchstraße ungefähr?
Zwei Milliarden Sterne
Warum erwarten wir in der Realität einen Anstieg der Bahngeschwindigkeiten bei kleinen Radien?
Weil die Sterne in diesem Fall mit größerem Abstand dem Einfluss von mehr Masse ausgesetzt sind.
Was ist MOND (Modifizierte Newtonsche Dynamik)?
Eine alternative Theorie zur Dunklen Materie.
Warum sollte der Zusammenhang v ∼ 1/ r für große Radien gelten?
Als Annäherung an das Verhalten in den Außenbereichen der Galaxien.
Was wird mit der Rotationskurve einer Galaxie untersucht?
Das Verhältnis zwischen der Bahngeschwindigkeit und dem Radius innerhalb der Galaxie.
Welche Konsequenz zieht man aus der starken Abweichung der experimentell gefundenen Rotationskurve von NGC 3198 vom erwarteten Verhalten für große Radien?
Die Notwendigkeit einer Modifizierung der Newtonschen Dynamik durch MOND.
Warum wird MOND als Modifizierte Newtonsche Dynamik bezeichnet?
Da es versucht, die Newtonsche Dynamik ohne Dunkle Materie zu korrigieren.
Welche Bedeutung hat die Funktion µ(x) in der modifizierten Formel F = maµ(a) für die Dynamik von Sternen in einer Galaxie?
Die Funktion µ(x) ist eine beliebig wählbare Funktion, solange sie die Bedingungen µ(x) = 1 und µ(x) = x erfüllt.
Warum wird eine Korrektur in Form einer neuen Naturkonstante a0 in der modifizierten Formel F = maµ(a) vorgenommen?
Um kleine Beschleunigungen von Sternen in Galaxien zu korrigieren.
Welche Aussage trifft auf die Bahngeschwindigkeit von Sternen in den Außenbereichen von Galaxien gemäß der gegebenen Formel zu?
Die Bahngeschwindigkeit ist konstant unabhängig vom Radius.
Was ist ein Hauptmangel der MOND-Theorie im Bezug auf ihre Verallgemeinerbarkeit?
MOND kann nicht relativistisch verallgemeinert werden.
Welche Rolle spielt die Kreisbeschleunigung von Sternen in einer Galaxie gemäß dem Text?
Die Kreisbeschleunigung beeinflusst die Rotationsgeschwindigkeiten von Sternen.
Welches Verhalten zeigen die Rotationskurven von Sternen gemäß der MOND-Theorie?
Die Rotationskurven weisen ein Plateau für große Radien auf.
Welcher Parameter war der wichtigste in der numerischen Simulation des Max-Planck-Instituts zur Strukturbildung im Universum?
Menge der dunklen Materie ΩDM
Was ergab die beste Übereinstimmung zwischen simulierten und realen Strukturen gemäß der Millennium-Simulation?
ρc = ΩDM = 0,23
Was passiert laut der Simulation, wenn dunkle Materie sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegen würde?
Die simulierte Strukturbildung entspräche nicht der Realität.
Was bewirkt die dunkle Materie gemäß den Erkenntnissen der Millennium-Simulation?
Sie prägt maßgeblich die Strukturbildung im Universum.
Warum wird Strahlung aus Gebieten mit höherer Materiedichte gravitativ rotverschoben?
Aufgrund der Einwirkung der dunklen Materie.
Was beobachtet man im Gegensatz zur erwarteten Strukturbildung, wenn der Großteil der dunklen Materie heiß und relativistisch beweglich wäre?
Großskalige Objekte würden sich vor kleineren Objekten bilden.
Welcher Anteil des Universums besteht aus dunkler Materie?
Etwa 25 %
Was ist über die dunkle Energie im Universum bekannt?
Sie macht den größten Teil des Universums aus
Welches Teilchen wird derzeit als vielversprechender Kandidat für dunkle Materie favorisiert?
Neutralino
Welcher Beitrag zur Materiezusammensetzung des Universums kommt von gewöhnlicher baryonischer Materie?
Etwa 4-5 %
Welche Erweiterung des Standardmodells der Teilchenphysik könnte eine korrekte Deutung der dunklen Materie ermöglichen?
Supersymmetrische Erweiterung
In welchem Verhältnis stehen Neutrinos und kosmische Hintergrundstrahlung zur Materiezusammensetzung des Universums?
Sie generieren einen sehr kleinen Beitrag
Study Notes
Die Modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND)
- Die MOND ist eine Korrektur der Newtonschen Dynamik, die insbesondere für kleine Beschleunigungen gilt.
- Die Funktion µ(x) ist nicht eindeutig festgelegt, aber sie sollte die beiden Grenzfälle µ(x ≫ 1) = 1 und µ(x ≪ 1) = x einschließen.
- In der Praxis werden oft die Funktionen µ(x) = 1 / (1 + x) oder µ(x) = √(1 + x²) verwendet.
Anwendung der MOND auf die Bahnbewegung von Sternen
- Die MOND führt zu einer Korrektur für kleine Beschleunigungen in der Bahnbewegung von Sternen in den Außenbereichen von Galaxien.
- Die Bahngeschwindigkeit ist damit unabhängig vom Radius, was dem beobachteten Plateau für große Radien entspricht.
Die Millennium-Simulation
- Die Millennium-Simulation ist eine numerische Simulation, die die Strukturbildung im Universum aus anfänglichen Fluktuationen rekonstruiert.
- Die Simulation zeigt, dass die dunkle Materie die Strukturbildung maßgeblich prägt.
- Die beste Übereinstimmung zwischen simulierten und realen Strukturen ergab sich für ρc = ΩDM = 0,23.
Die dunkle Materie
- Die dunkle Materie macht etwa 25% des Universums aus.
- Gewöhnliche baryonische Materie macht nur etwa 4-5% aus.
- Die dunkle Materie ist bislang völlig unklar, woraus sie besteht.
- Favorisiert werden derzeit WIMPs, aber das Standardmodell der Teilchenphysik liefert keinen wirklich geeigneten Kandidaten.
Die Rotationskurve einer Galaxie
- Die Rotationskurve einer Galaxie zeigt, dass die Sterne um das galaktische Zentrum rotieren, ähnlich der Rotation der Planeten um die Sonne.
- Die Massenverteilung M(r) ist radiusabhängig, da sich ein nennenswerter Anteil der Masse in dezentralen Regionen der Galaxie befindet.
- Die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne sollte linear mit dem Abstand zum galaktischen Zentrum wachsen, aber dies gilt nicht für große Radien.
Explore the rotation curve of the galaxy NGC 3198 and the concept of dark matter in spiral galaxies. Understand how stars rotate around the galactic center and compare it to planetary motion around the sun.
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