Es gibt einen sehr genauen Grund, warum dunkle Planeten aus 'gewöhnlicher Materie' (Baryonen - Teilchen aus 3 Quarks) nicht die dunkle Materie sein können. Es stellt sich heraus, dass die Menge an Baryonen in der Kosmologie auf zwei verschiedene Arten gemessen werden kann:

• Durch Messung der heutigen Häufigkeit einiger leichter Elemente (insbesondere Deuterium), die sehr empfindlich auf die Baryonenmenge reagieren
• Durch Messung der Verteilung der heißen und kalten Stellen im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) bleibt die Strahlung aus dem frühen Universum übrig, die wir heute beobachten.

Diese beiden Methoden stimmen spektakulär überein und beide zeigen, dass Baryonen 5% des gesamten Materials (Energie / Materie) im Universum ausmachen. In der Zwischenzeit weisen verschiedene Messungen der Gravitationsclusterung (Gravitationslinsen, Rotation von Sternen um Galaxien usw. usw.) darauf hin, dass die Gesamtmasse 25% der Gesamtmasse ausmacht. (Die restlichen 75% befinden sich in der berüchtigten dunklen Energie, die für diese spezielle Frage irrelevant ist).

Da 5% viel weniger als 25% sind und die Fehler bei diesen beiden Messungen eher gering sind, schließen wir, dass der größte Teil der Angelegenheit etwa 4/5 ths (dh 20% out) beträgt von 25%) ist 'dunkel' und besteht NICHT aus Baryonen.

Wie oben erwähnt, wurden die meisten gewöhnlichen Angelegenheiten als Kandidaten betrachtet, und wir sind ziemlich sicher, dass es eine Art "dunkle" Materie bei der Arbeit geben muss.

Erstens übernehmen wir dies das Phänomen der Gravitationslinse. Ein sehr berühmtes Beispiel ist das Bullet-Cluster, bei dem Sie die Auswirkungen einer kompakten Masse, die als optische Linse fungiert, deutlich beobachten können. Eine Masse dieser Größe kann nicht bequemerweise eine Ansammlung brauner Zwerge sein, und die meisten Schwarzen Löcher, die wir beobachten, haben viele umlaufende Objekte und einen Teilchenstrahl, der sie begleitet. Außerdem würde ein Schwarzes Loch kleiner Größe nicht ausreichen, um die Größe der fraglichen Gravitationslinse zu erklären.

Zweitens benötigen viel kompliziertere Berechnungen, die mit allgemeinen Relativitätsprinzipien durchgeführt werden, viel mehr Masse, um die zu berücksichtigen aktuelle Form und Winkelgeschwindigkeit von Galaxien. Es mag leicht zu sagen sein, dass GR falsch ist (was man einem Physiker nicht sagen sollte), obwohl GR in dem Sinne unvollständig ist, dass es nicht eine Theorie von allem ist, erklärt es dennoch die meisten Gravitationsphänomene ziemlich gut. Außerdem bedeutet die Tatsache, dass es Gravitationslinsen gibt, dass es in bestimmten Teilen unserer Galaxie und im Universum tatsächlich eine Art Masse oder Gravitationskraft (oder eher eine Raum-Zeit-Krümmungsanomalie) gibt.

Obwohl Dunkle Materie scheint so mysteriös, dass wir die meisten ihrer Eigenschaften aus unserem "Mangel an Wissen" erraten können. Erstens können wir annehmen, dass es nicht über elektromagnetische Kraft interagiert, da es in allen Lichtspektren "unsichtbar" ist. Da es sich um eine Quelle der Gravitationskraft handelt, können wir sagen, dass sie überraschenderweise über die Gravitationskraft interagiert. Berechnungen für schwache &strong-Kräfte sind ziemlich kompliziert und sehr indirekt, daher möchte ich nur sagen, dass die meisten der derzeit vorgeschlagenen dunklen Materien auch über starke und schwache Kräfte interagieren.

Ein Planetensystem ohne Stern ist nur möglich, wenn der Stern als Neutronenstern, Schwarzes Loch oder Weißer Zwerg ausgestorben ist, die alle auf irgendeine Weise nachweisbar sind.

Außerdem dort müsste eine unrealistische Menge dieser "verblassten" Sternensysteme sein, um die verlorene Masse überhaupt zu erklären. Und unter der Annahme, dass solche Planetensysteme ziemlich selten sind, würden wir eher eine ungewöhnliche Form von Materie in Betracht ziehen, die durchaus möglich und plausibel ist, wenn sie gefunden wird.

Alle Materie, von der wir wissen, dass sie existiert (als baryonische Materie bezeichnet), sendet eine elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Frequenz aus. Manchmal wird es in Infrarotstrahlung gemessen, weil Materie, egal wie kalt, immer noch eine gewisse Wärmemenge ausstrahlt. Nach unserem besten Wissen ist es eigentlich nicht möglich, eine Angelegenheit auf den absoluten Nullpunkt abzukühlen, und dies geschieht sicherlich nicht auf natürliche Weise. Ich glaube, die coolste Materie, die es im Universum gibt, liegt bei 3 Grad Kelvin. Andere Wellenlängen können die genaue Natur der betreffenden Materie und ihre Temperatur bestimmen. Zum Beispiel leuchtet ionisierter Sauerstoff im sichtbaren Licht bei einer bestimmten Wellenlänge - das ist eines der Dinge, die Emissionsnebel sichtbar machen.

Nachdem wir all diese Materie in anderen Galaxien gemessen haben, haben wir festgestellt, dass es einfach ist Nicht genug Masse, um zu verhindern, dass sie auseinanderfallen (Sterne in Galaxien bewegen sich schneller als die Fluchtgeschwindigkeit der Anziehungskraft des Massenschwerpunkts der Galaxie) - insbesondere, wenn wir versucht haben, Computermodelle von Galaxien zu erstellen. Das war der erste Hinweis darauf, dass etwas los war, das wir nicht vollständig verstanden haben. Wie andere beschrieben haben, haben andere Methoden zur Bestimmung der Gesamtmasse einer Galaxie ähnliche Ergebnisse gezeigt.

Daher gibt es nur eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen: Es muss irgendeine Art von Materie geben (und alles Materie hat Masse), die wir nicht erkennen können. Tatsächlich beträgt die Masse, die auf diese Weise nicht berücksichtigt werden kann, etwa 95% der Masse einer bestimmten Galaxie. Das ist natürlich eine ziemlich große Sache.

Übrigens haben wir seit 1933 versucht, diese sehr große Diskrepanz herauszufinden. Der Unterschied zwischen jetzt und damals besteht darin, dass sich die Genauigkeit unserer Messungen der Geschwindigkeit von Sternen in anderen Galaxien sowie unsere Fähigkeit dazu verbessert haben Messen Sie andere Phänomene, die in Galaxien und Galaxienhaufen auftreten. Je genauer wir bei unseren Messungen geworden sind, desto deutlicher wird diese offensichtliche Diskrepanz.

Die Möglichkeit großer dunkler Objekte aus normaler baryonischer Materie wurde in Betracht gezogen. Diese werden als MACHOs bezeichnet.

Es gibt jedoch verschiedene Gründe zu der Annahme, dass der größte Teil der dunklen Materie nicht in Form von MACHOs vorliegen kann. Aus dem obigen Wikipedia-Artikel (der auf einige relevante Zeitschriftenartikel verweist):

Der Urknall, wie er derzeit verstanden wird, konnte einfach nicht genug Baryonen produzieren, ohne größere Probleme bei den beobachteten Elementhäufigkeiten zu verursachen, [6] einschließlich der Häufigkeit von Deuterium. [7] Darüber hinaus setzen separate Beobachtungen von akustischen Baryonenschwingungen sowohl im kosmischen Mikrowellenhintergrund als auch in der großräumigen Struktur von Galaxien Grenzen für die Gesamtverhältnis von Baryon zu Gesamtmaterie. Diese Beobachtungen zeigen, dass ein großer Teil der nicht-baryonischen Materie unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit von MACHOs notwendig ist.

Alle möglichen dunklen / zwerg- / gestorbenen Sterne, interstellares Medium (Gas, Staub, Molekülwolke usw.) wurden berücksichtigt. Aber sie sind nicht genug. Der Rest kann nur etwas sein, was wir noch nie zuvor gewusst haben. Wir erwarten einige unbekannte neue Partikel.

Das wichtigste fehlende Glied ist die Existenz einer Klasse von Partikeln, die neben der Schwerkraft ausreichend schwach interagieren, um den Bedarf zu decken. Wir kennen bereits eine Art von Teilchen, die die meisten dieser Eigenschaften aufweist, Neutrinos. In diesem Fall haben Physiker und Kosmologen theoretische Gründe zu der Annahme, dass die Obergrenze für die Massenmenge in Neutrinos zu klein ist. Die bloße Existenz einer Klasse schwach wechselwirkender Teilchen sollte jedoch die Möglichkeit einer anderen weniger neu erscheinen lassen.

Sie können die Gesamtmasse mithilfe von Gravitationslinsen abschätzen und mit der geschätzten Masse einer Galaxie vergleichen, indem Sie die Massen aller sichtbaren Sterne addieren und großzügige Schätzungen anderer Arten gewöhnlicher Materie vornehmen, die dort vorhanden sein könnten.Es gibt immer noch eine große Diskrepanz.

Wenn die zusätzliche Masse gewöhnliche Materie wäre, würde sie verklumpen und mit Photonen interagieren, was zu einer viel weniger diffusen Verteilung führen würde als diejenige, die angenommen werden muss, um die Galaxiendynamik richtig zu machen.

Als Erweiterung der anderen Antworten spielen astrophysikalische Simulationen auch eine Rolle beim Ausschluss bekannter Teilchen aus Erklärungen der Dunklen Materie.

Zunächst eine Klarstellung: Es ist zu unterscheiden zwischen der in den meisten Antworten angesprochenen nicht-baryonischen Materie und "unentdeckten und ungeklärten Formen der Materie". Gründe dafür, dass der größte Teil der Dunklen Materie nicht baryonisch sein muss, sind Argumente, die die CMB- und Urknall-Nukleosynthese betreffen, wie von anderen erwähnt. Nicht-baryonische (aber bekannte Materie) wie die bekannten Aromen von Neutrinos schienen jedoch faire Kandidaten für dunkle Materie zu sein, selbst nachdem baryonische Materie weitgehend ausgeschlossen war. Später wurden Neutrinos von anderen Beweisquellen ausgeschlossen.

Eine der ersten Quellen für solche Beweise, die Neutrinos ausschließen, waren Computersimulationen der Strukturbildung in großem Maßstab. In einem interessanten historischen Aufsatz von Simon White (und heute, 19.06.18 auf arXiv veröffentlicht):

... die großen Hohlräume [gefunden in Simulationen von Neutrino-dominierten Universen] in der Galaxienverteilung waren auch mit den relativ mageren Beobachtungsdaten nicht kompatibel Diese Diskrepanz führte zur Aufgabe des Bekannten Neutrinos als potenzielle Kandidaten für die Dunkle Materie, obwohl dies der Fall wäre weitere zwei Jahrzehnte, bevor sie endgültig durch Experimente ausgeschlossen wurden Obergrenzen für ihre Massen. Der Nachweis, dass kein Partikel bekannt ist kann für die dunkle Materie verantwortlich bleiben, bleibt eine der wichtigsten Beiträge von Computersimulationen zur Astrophysik und Kosmologie.

Siehe den Aufsatz hier.