Может ли темная материя быть нормальной материей? [дубликат]

Во-первых, темная материя должна быть небарионной .

Для этого есть множество причин. Наиболее важным из них является сравнение плотности материи Вселенной, полученной на основе измерений космического микроволнового фона (CMB), с плотностью барионной материи во Вселенной, полученной на основе измерений первичных содержаний гелия и дейтерия. Первый предполагает, что$\Omega_M \sim 0.3$(30 процентов от общей плотности энергии Вселенной), в то время как последнее предполагает, что$\Omega_b \sim 0.05$. т.е. кажется, что во Вселенной в шесть раз больше гравитирующей материи, чем требуется для производства изобилия химических элементов, синтезированных во время Большого взрыва.

Во-вторых, небарионная материя, которая не взаимодействует сильно сама с собой или с «нормальной» материей, необходима для того, чтобы сформировать галактики и скопления галактик, которые мы наблюдаем сегодня во Вселенной. Без этой темной материи трудно понять, как крошечные флуктуации, наблюдаемые в космическом микроволновом фоне, могут превратиться в структуры, которые мы наблюдаем сегодня во Вселенной. Если бы эта дополнительная материя была барионной, это было бы очевидно в реликтовом излучении.

Теперь оба этих доказательства применимы ко Вселенной в целом, и в любом случае верно, что «светящаяся материя», которую мы можем видеть и подсчитывать, все еще может отставать от количества барионной материи, которое, как предполагается, присутствует. (правда, только с коэффициентом 2 или около того). По этой причине все еще возможно предположить, что темная гравитирующая материя в нашей собственной Галактике, которая требуется для объяснения плоской кривой вращения, могла быть в форме чего-то барионного, не излучающего много света. Кандидатами могут быть звезды с очень малой массой и коричневые карлики, старые белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, кирпичи, потерянные мячи для гольфа и т. д.

К этим возможностям (ну, может быть, не к потерянным мячикам для гольфа) относились очень серьезно в 1980-х и 1990-х годах. Одна из проблем с этими гипотезами заключается в том, что гравитирующая галактическая темная материя должна быть примерно сферически распределена и иметь радиальное распределение, которое намного больше, чем распределение светящейся материи. Это немедленно дает «проблему происхождения». Почему эти темные объекты распределяются совершенно иначе, чем нормальная материя? В конце концов, мы думаем, что звезды с малой массой и коричневые карлики образуются так же, как и другие звезды, и что белые карлики, черные дыры и нейтронные звезды являются конечными точками в жизни звезд, более массивных, чем Солнце, которые распределены в основном по диску.

Тем не менее, люди искали их. Основным инструментом стали микролинзовые съемки. Идея заключалась в том, чтобы, глядя на поля в сторону галактической выпуклости и Магеллановых облаков, определить, какие популяции «массивных компактных гало-объектов» (MACHOS) могут существовать, путем поиска событий увеличения, которые происходят, когда такие объекты проходят непосредственно перед фоновая звезда. Эти эксперименты (а их было несколько) в основном исключали MACHOS как источник чего-либо, кроме небольшой доли темной материи Млечного Пути (например, главный результат Тиссерана и др. в 2008 г. заключался в том, что MACHOS находится в диапазоне$6\times 10^{-8} < M/M_\odot <15$были исключены).

Таким образом, популяция белых карликов, нейтронных звезд, черных дыр, коричневых карликов или других звезд в этом диапазоне масс исключается как вносящая значительный вклад в темную материю в Млечном Пути, и другие доказательства того, что небарионная темная материя необходима, правят ими. с этой точки зрения также считается, что она вносит более чем меньшую часть темной материи.

Первичные черные дыры — это совсем другое. Их можно было бы классифицировать как «небарионную» темную материю, поскольку они образовались до эпохи нуклеосинтеза. В принципе, они могли бы находиться за пределами диапазонов масс, исследованных обзорами микролинзирования, и, пока они не были бы слишком малы, не испарились бы. Статус этой идеи неясен. Вы можете следить за кратким изложением и ссылками на https://en.wikipedia.org/wiki/Primordial_black_hole и просматривать обзор Carr & Kuhnel (2020) . Однако наблюдения скопления Пуля на самом деле мало что говорят о природе темной материи, только то, что такие наблюдения трудно описать с помощью модифицированных теорий гравитации.

Оценки масс галактик в значительной степени зависят от соотношения массы и светимости, которое, однако, весьма неопределенно для звезд с малой массой. Из данных http://adsabs.harvard.edu/full/2004ASPC..318..159H видно, что массы маломассивных звезд отклоняются от теоретической кривой масса-светимость в 2 раза и более. Учитывая, что около 50% звездной массы в галактике составляют звезды с малой массой (красные карлики), по крайней мере, часть «темной материи» может быть объяснена неверными оценками массы этих звезд.

//Редактировать с учетом комментария ниже://

Во-первых, существуют многочисленные значения соотношения темной и видимой материи. 10x на самом деле только верхний предел. Во-вторых, в статье, которую я цитировал, была сделана довольно консервативная оценка с 10-процентной ошибкой для галактической звездной массы. Из их данных совершенно очевидно, что многие маломассивные звезды примерно на 1-2 абсолютные визуальные величины ниже теоретической кривой, что означает в 3-4 раза большую массу (даже с учетом более мелкого степенного закона масса-светимость для малых масс). Даже если среднее значение для всех маломассивных звезд всего в 2 раза выше, это 100% ошибка и, следовательно, 50% ошибка для всей массы галактики.

Помимо этого могут быть и другие ошибки. Например, кривые галактического вращения обычно получают путем измерения скорости газа, а не звездной скорости, а на скорость газа могут влиять электромагнитные поля во время стадий ионизации (что также согласуется с истечением высокоэнергетического газа из галактик).

Кроме того, наблюдались галактики, в которых почти нет признаков темной материи (см. https://en.wikipedia.org/wiki/NGC_1052-DF2 ).

Так что я не думаю, что точность наблюдений, а также теоретических моделей достаточно хороша, чтобы здесь можно было прийти к окончательным результатам.