abstoßende Dunkle Materie
Abstoßende Dunkle Materie (p1)
Abstoßende Dunkle Materie.
** Jean-Pierre Petit und P. Midy ** Observatorium Marseille, Frankreich ---
Zusammenfassung:
Wir untersuchen die phänomenologischen Aspekte eines Systems mit zwei Populationen, dessen Dynamik sowohl anziehende als auch abstoßende Kräfte beinhaltet. Eine neue geometrische Struktur mit zwei Faltungen, verbunden mit zwei gekoppelten Feldgleichungen über das Gravitationsfeld, ermöglicht es, die Schwierigkeit der „negativen Massen“ zu umgehen und so ein System zu realisieren, bei dem die Energien aller Teilchen positiv sind. Wir zeigen, dass unter diesen Bedingungen die Materie der zweiten Population geometrisch nicht beobachtbar ist und damit den Status von abstoßender Dunkler Materie erhält. Galaxien würden in Hohlräumen einer homogenen Verteilung abstoßender Dunkler Materie liegen. Dies erzeugt einen Konfinierungseffekt mit einer realistischen Rotationskurve. Wir zeigen, dass die negative Gravitationslinsenwirkung, die mit abstoßender Dunkler Materie verbunden ist, die stark beobachteten Effekte erklären könnte und somit eine Alternative zum klassischen Dunkel-Materie-Modell darstellt. Aus diesem neuen kosmologischen Modell ergibt sich ein Alter des Universums von 15,7 Milliarden Jahren aufgrund der Wechselwirkung der beiden Materietypen.
1) Einleitung. ** **
...Heute ist es nicht mehr möglich, astronomische Beobachtungen ausschließlich anhand beobachtbarer Materie zu erklären. Aus diesem Grund hat sich der Begriff der Dunklen Materie allmählich durchgesetzt. Verschiedene Hypothesen wurden über die Natur dieses unsichtbaren Bestandteils des Universums vorgeschlagen, der zur Bildung des Gravitationsfeldes beitragen und somit den sogenannten „fehlenden Masseneffekt“ in Galaxien sowie die Gravitationslinsenwirkung verursachen sollte. MACHOs haben enttäuscht. Einige greifen auf Teilchen zurück, deren physikalische Existenz spekulativ bleibt, wie beispielsweise massive Neutrinos. Bisher hat sich keine Formulierung durchgesetzt, und viele Hypothesen bleiben bezüglich dieser Dunklen Materie möglich. In diesem Artikel schlagen wir vor, die Konsequenzen einer gravitativen Wechselwirkung zwischen unserer Materie (Masse m) und einer besonderen Dunklen Materie, bestehend aus Massen m*, zu untersuchen, sodass gilt:
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m und m' ziehen sich gemäß dem Newtonschen Gesetz an
-
m* und m*' ziehen sich gemäß dem Newtonschen Gesetz an
-
m und m* stoßen sich gemäß einer dem Newtonschen Gesetz ähnlichen Regel ab
Wir bezeichnen m* als „abstoßende Dunkle Materie“.
Dies lässt sich vereinfacht durch den folgenden Ausdruck beschreiben:
(1)
wobei die Massen ma und mb positiv oder negativ sein können. Physiker könnten sofort einwenden, dass Teilchen mit negativer Masse auch eine negative Energie hätten, was physikalisch keinen Sinn ergebe. In Abschnitt 3 des Artikels schlagen wir einen neuen geometrischen Kontext vor, der die Wechselwirkung zweier Populationen mit positiven Massen m und m*, deren Energien mc² und m*c² ebenfalls positiv sind, ermöglicht, sodass die Kräfte dem oben beschriebenen Schema entsprechen. Die Tatsache, dass die beiden Teilsysteme nur über Gravitation interagieren können, wird geometrisch begründet.
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2) Abstoßende Dunkle Materie, die Galaxien einschließt.
...Es ist bereits lange bekannt, dass das Gravitationsfeld, das aus der beobachteten Materieverteilung abgeleitet wird, die Zentrifugalkräfte in Galaxien nicht ausgleichen könnte. Die fehlende Masse beträgt etwa das Dreifache bis Fünffache der beobachteten Masse. Außerdem zeigen die Rotationskurven von Galaxien ein charakteristisches Plateau (übermäßige Geschwindigkeiten in der Peripherie), das nicht durch die beobachtete Materieverteilung erklärt werden kann. Daher versuchten Forscher, die Explosion von Galaxien zu verhindern und dieses Merkmal der Rotationskurven durch künstlich eingeführte, ad hoc-Distributionen von Dunkler Materie nachzuahmen. Betrachten wir nun das vorgeschlagene Modell, das aus gewöhnlicher (beobachtbarer) Materie und nicht beobachtbarer abstoßender Dunkler Materie besteht, und prüfen, ob dieses Modell die Einschließung von Galaxien ermöglicht. Zunächst betrachten wir eine Galaxie, bei der die Materie gemäß dem Modell von Myamoto und Nagai [1] verteilt ist:
(2)
...Diese achsensymmetrische Materieverteilung wird in einer Hohlraum einer gleichmäßigen Verteilung abstoßender Dunkler Materie vermutet (Abb. 1, wobei die gewöhnliche Materie gemäß a = 5; b = 1 in (2) verteilt ist).
** ** Abb. 1: Die Galaxie umgeben von abstoßender Dunkler Materie. Ein achsensymmetrisches System.
...Wir platzieren abstoßende Dunkle Materie ringsum, mit einem willkürlich gewählten Dichtegradienten, der auf empirischen Grundlagen angepasst wurde. Diese Massenverteilung kann durch eine Überlagerung dicker Ellipsoide beschrieben werden, die jeweils eine Materiedichte ri tragen (die positiv oder negativ sein kann), wobei i der Index des massiven Ellipsoïds ist, mit horizontaler Achse ai und vertikaler Achse bi. Das Feld innerhalb und außerhalb dieser Körper wird durch recht einfache analytische Formeln gegeben ([2] und [3]). Gegeben eine Menge solcher massive Ellipsoide, wird es möglich, das dreidimensionale Feld zu berechnen. In Abbildung 1 haben wir die Massendichte r* der abstoßenden Dunklen Materie durch die Dichte weißer Punkte im Raum dargestellt. Dies resultiert nicht aus einer numerischen Simulation mit massiven Punkten, wie die Abbildung vermuten könnte. Die Massenverteilung wurde durch eine Menge massiver Ellipsoide mit variablen Parametern (Achsenlängen, Massendichte) beschrieben.
...Abb. 2 zeigt die gewählte Verteilung der abstoßenden Dunklen Materie. Abb. 3 stellt das Gravitationsfeld dar, das durch diese abstoßende Dunkle Materie hervorgerufen wird und nach der oben beschriebenen Methode berechnet wurde. Die Skalen von Abbildung 1 und (2–3) sind unterschiedlich, letztere sind eine Vergrößerung. Die Skalenübereinstimmung ist angegeben. Wie wir sehen können, erzeugt die Verteilung der abstoßenden Dunklen Materie einen Konfinierungseffekt auf die Galaxie, sowohl in r- als auch in z-Richtung. Abb. 3 zeigt die entsprechende Rotationsgeschwindigkeit für die abstoßende Dunkle Materie allein. Wir sehen, dass eine solche Verteilung der abstoßenden Dunklen Materie große Randgeschwindigkeiten ermöglicht.
Abb. 2 : Die gewählte Verteilung der abstoßenden Dunklen Materie: Eine Ansammlung dicker, konzentrischer, flacher Ellipsoide mit Dichte** *r(r) d ist der Durchmesser des Ellipsoïds.
Originalversion (englisch)
repulsive dark matter
Repulsive dark matter (p1)
Repulsive dark matter.
** Jean-Pierre Petit and P.Midy** Observatory of Marseille,France ---
Abstract :
We explore the phenomenological aspects of a two population system whose dynamics implies both attractive and repelling forces. A new geometrical structure, with two folds, associated to two field equations, coupled through the gravitational field, allows to bypass the stumbling block of the "negative masses" and makes such a conceivable system, where the energies of all the particles are positive. We show that in these conditions, the matter in the second population is geometrically non-observable and therefore gets the status of repulsive dark matter. Galaxies would be housed in cavities of a homogenous distribution of repulsive dark matter. This generates a confinment effect with realistic rotation curve. We show that the negative gravitational lensing, associated with repulsive dark matter would explain the strong observed effects, which would be an alternative to the "classical" dark matter model. As derived from this new cosmological model, the age of the Universe becomes 15.7 billions years, due to the interaction of the two matters.
1) Introduction. ** **
...Nowadays trying to account for astronomical observations on the basis of observable matter only is no longer possible. That is for dark matter concept has become increasingly widespread. Various hypothesis have been proposed about the nature of this unobserved component of the Universe, which should contribute to the formation of the gravitational field and thus lead to the missing mass effect in galaxies and to gravitational lensing. Machos have turned out to be disappointing. Some people resort to particles whose physical existence is speculative, such as massive neutrinos. In so far no formulation seems to have prevailed and many hypothesis remain possible about this dark matter. In this paper we propose to investigate the consequences of a gravitational interaction between our matter (mass m) and particular dark matter, made of masses m*, such that :
-
m and m attract each other according to the Newton law
-
m* and m* attract each other according to the Newton law
-
m and m* repel each other according to a Newton-like law
We shall call m* "repulsive dark matter".
This could be summed up simply, considering that in the following expression :
(1)
where the masses ma and mb can be positive or negative. Physicists could argue immediately, saying that particles with negative masses also have negative energies, which lacks physical meaning. In the section 3 of the article we shall propose a new geometrical context which makes possible the interaction of two populations, with masses m and m*, both positive, whose energies mc2 and m*c2 are positive, in such a way that the forces fit with the former scheme. The fact that the two sub-systems may interact only through gravitation will be geometrically justified.
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2) Repulsive dark matter confining galaxies.
...I has been known for long that the gravitational field due to a matter distribution inferred from observation would not be able to balance the centrifugal forces in galaxies. The missin mass is about three to five times the observed one. Moreover, the rotation curves of galaxies show a characteristic step (peripheral excess velocities) which cannot be accounted for starting from the observed distribution of matter. So people attempts both to prevent explosion of galaxies and to reproduce this aspect of rotation curves using ad hoc, artificially introduced distributions of dark matter. Let us now turn to the proposed model of ordinary (observed) matter and unobserved repulsive dark matter, and see whether this model can ensure the confinment of galaxies. At first, we consider a galaxy where matter is distributed according to the model of Myamoto and Nagai [1] :
(2)
...This axisymmetrical matter distribution is supposed to be located in a hole of a uniform repulsive dark matter distribution (Fig.1, in which ordinary matter is distributed according to a = 5 ; b = 1 in (2).
** ** Fig.1 : The galaxy surrounded by repulsive dark matter. An axisymmetrical system.
...We arrange repulsive dark matter around it, with an ad hoc density gradient, shaped on empirical grounds. This mass distribution can be described through a superposition of thick ellipsoids, charged by matter density** *ri (which could be positive or negative), i being the index of the massive ellipsoid, with horizontal axis ai and vertical axis bi. The field, inside and outside such bodies, is given by quite simple analytical formulas ([2] and [3]). Given a set of such massive ellipsoids it becomes possible to compute the 3d field. On figure 1 we have figured the mass-density r of repulsive dark matter by the variation of the density of white points in space. This does no result from numerical simulation, performed with mass points, as the image might suggest. The mass distribution was described by a set of massive ellipsoïds, with various parameters (lenghts of axis, mass-density).
...Figure 2 shows the corresponding chosen axisymmetric repulsive dark matter distribution. Figure 3 represents the gravitational field, due to this repulsive dark matter, computed by the method described above. The two scales of figures 1 and (2-3) are different, the last ones being a zoom. The scale correspondance is indicated. As we can see, the repulsive dark matter distribution produces a confinment effect on the galaxy, both in the r and z-directions. Figure 3 shows the corresponding rotation velocity for repulsive dark matter alone. We see that such a repulsive dark matter distribution allows large peripheric velocities.
Fig. 2 : The chosen repulsive dark matter distribution : a set of thick, concentric flat ellispsoids with density** *r(r) d being the diameter of the ellipsoid.