Какой вклад в темную материю вносит электромагнитное излучение?

ЭМ-излучение имеет релятивистскую массу (см., например, «Оказывает ли фотон гравитационное притяжение? ») и, следовательно, оказывает гравитационное притяжение.

Интуитивно имеет смысл включить само электромагнитное излучение в массу галактики, используемую для расчета кривых вращения, но я никогда не видел, чтобы это делалось раньше...

Итак: если бы мы суммировали все электромагнитное излучение, присутствующее в галактике, какую долю темной материи оно составило бы?

Ответы (2)

Мне оказалось на удивление трудно найти авторитетное утверждение о плотности реликтового излучения. Согласно этой статье речь идет о 5 × 10 − 34 г   с м − 3 , а поскольку критическая плотность находится где-то в диапазоне 10 − 30 к 10 − 29 г   с м − 3 фотоны не вносят существенного вклада.

Фотоны, конечно, не были бы темными. Если бы фотонов было достаточно, чтобы внести существенный вклад в массу/энергию Вселенной, мы бы их увидели, точно так же, как мы можем видеть реликтовое излучение.

Ответ на комментарий : ой да, я не прочитал ваш вопрос должным образом - извините!

Как бы то ни было, мое замечание о том, что фотоны не являются темной материей, остается в силе, но легко оценить гравитационный вклад электромагнитного излучения, например, в Солнечной системе. Солнце превращает около 4 × 10 9 кг вещества в энергию каждую секунду . Так как весит около 2 × 10 30 кг каждую секунду теряет около 2 × 10 − 19 % его массы каждую секунду.

Если вы готовы предположить, что плотность фотонов в Солнечной системе определяется излучением Солнца (что кажется правдоподобным), и принять размер Солнечной системы за орбиту Нептуна, т.е. 1,5 × 10 4 световых секунд, то масса/энергия фотонов в Солнечной системе равна 3 × 10 − 15 % массы Солнца. Так что это совершенно несущественно.

Причина, по которой фотоны вносят гораздо меньший вклад в Солнечную систему, чем во Вселенную в целом, заключается в том, что масса в Солнечной системе гораздо более сконцентрирована, чем во Вселенной в целом.

Согласен, но это для CMB. Но я спрашивал не об электромагнитном вкладе в космологическом, а в галактическом масштабе. Итак, вольно перефразируя: какова эффективная гравитирующая масса звездной системы? Я подозреваю, что радиус общей гравитирующей массы звезды будет значительно больше, чем просто масса самой звезды, в то время как мы наблюдаем за самой звездой (через взаимодействие с другими объектами)
Солнечная масса М С "=" 1,989 × 10 30   к г , и его ожидаемый срок службы составляет около Т С ≈ 10 9   у "=" 3.16 × 10 17   с . Тогда полная гравитационная масса, испускаемая в виде электромагнитного излучения, будет 4 × 10 9 Т С / М С ≈ 10 − 3 М С . Таким образом, Солнце преобразовало бы примерно одну тысячную своей массы в ЭМ. Конечно, это все довольно упрощенно, тем не менее одно только Солнце вносит 0,1% своей массы в тяготеющую «липкую массу» между звездами. Предположим, что это число было в 10 раз больше, чем его выбросы альфа/бета/нейтрино за время жизни… это немаловажно.
Все дело в том, что Млечный Путь, являющийся довольно крупной галактикой, находится всего в 10 5 световых лет, так что только последний 10 5 лет солнечной радиации все еще находится в галактике. Полное излучение, испускаемое Солнцем за время его жизни, будет распространяться на сферу диаметром около 10 миллиардов световых лет. Это делает его гравитационно незначительным по сравнению с массой Солнца, если, конечно, вы не смотрите на масштабы длины более миллиарда световых лет.
Это, конечно, правда. Я не ожидал, что это будет много, и действительно, казалось бы, что вклад довольно крошечный. Я считаю это дело закрытым.
@JohnRennie Но, конечно, вам нужно умножить это на количество звезд в Млечном Пути. Или, если вы возьмете массу, которую Солнце теряет каждую секунду, и умножите на время, необходимое свету для прохождения Млечного Пути, что примерно равно 3 × 10 14 секунд, что составляет примерно 6 × 10 − 5 % массы галактики в виде фотонов в пути. Это, конечно, без учета света от других галактик, которые имеют более низкую среднюю светимость, чем местные источники. (На самом деле ответ Роба имеет лучшую оценку, используя светимость нашей галактики)

В настоящее время светимость Галактики оценивается примерно в 5 × 10 36 W и, таким образом, интегральная «потеря массы» в виде излучения порядка 10 − 3 М ⊙ /год. Но сколько радиации присутствует в Галактике? Оценка по порядку величины может заключаться в том, что Галактика (включая темную материю) имеет радиус порядка 100 000 световых лет и, таким образом, содержит около 100 000 лет массы в виде излучения, т.е. 100 М ⊙ .

Если CMB имеет "массовую" плотность 5 × 10 − 34 г/см 3 , эквивалентная масса фотонов реликтового излучения в том же объеме составляет несколько сотен М ⊙ .

Эти числа сверхъестественно похожи, и, конечно, оба совершенно ничтожны в гравитационном смысле порядка 1 части в 10 10 .

Какой вклад в темную материю вносит электромагнитное излучение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v