Обращаются ли первичные фоновые нейтрино в гало темной материи?

Согласно Википедии , нейтрино отделились от остальной материи через несколько секунд после Большого взрыва и образовали отдельное поле фонового излучения, которое сейчас заполняет пространство при температуре ~2 К.

Предположим, что нейтрино имеют массу покоя 2 эВ/c 2 , они должны двигаться со средней скоростью

в ν знак равно с 2 ⋅ к ⋅ 2 К 2 е В ≈ 4 ⋅ 10 6 м / с

Мне кажется, что поскольку нейтрино замедляются из-за метрического расширения пространства, они должны группироваться на орбитах вокруг галактик. Далекие галактики должны проявлять меньший эффект, потому что в то время нейтрино двигались быстрее.

Это правильно?

Согласно той же статье в Википедии, фоновые нейтрино изначально имели энергию 2,5 МэВ и находились в тепловом равновесии с электронами, позитронами и фотонами. Таким образом, хотя когда-то они составляли четверть массы-энергии Вселенной (или половину, потому что есть три вкуса?), их нынешняя, по сути, масса покоя составляет менее одной миллионной ее массы.

Этого слишком мало, чтобы пролить свет на тайну темной материи или хотя бы наблюдать зависящий от времени эффект, о котором я только что упомянул, верно?

Кроме того, галактические орбиты не расширяются в метрическом отношении, поэтому нейтрино вокруг любой галактики, по сути, захватываются в сферическую оболочку, радиус и скорость которой зависят от массы галактики. Нейтрино, движущееся слишком быстро, ускользнет и пройдет мимо галактики, но к тому времени, когда оно достигнет следующей галактики, оно еще больше сместится в красную сторону и может оказаться в гравитационной ловушке. Тогда он больше не будет замедляться, потому что окрестности галактики геометрически стабильны.

Если бы нейтрино вращалось по орбите с чем-то большим, они могли бы стабилизироваться на более высокой скорости, но это все равно не могло бы быть релятивистским, верно?

Поскольку ничто (кроме большого количества пустого пространства) не может замедлить нейтрино, это устанавливает более низкий предел скорости для всех нейтрино в галактике или скоплении галактик, верно?

Как своевременно. Эта работа « Нейтрино, сгущающиеся вокруг сферических ореолов темной материи » была размещена на Arxiv всего неделю назад. Я думаю, что короткий ответ таков: «существует небольшое, но не исчезающее количество нейтрино». Возможно, кто-то может использовать этот или какой-либо другой документ в качестве отправной точки для полного ответа.
@ChrisWhite Спасибо, похоже, попал в точку! Я всего лишь кабинетный физик, поэтому я не очень прошу, чтобы ответ был «запущен», хотя больше может быть лучше :)
Это соответствует тому, как люди думали о холодных нейтрино, но я считаю, что современные представления отдают предпочтение гораздо меньшим массам для трех известных состояний массы. См., например, arxiv.org/abs/1306.5544 .
@dmckee Согласно статье, на которую ссылается Крис, тепловое распределение обеспечивает достаточное количество гало-нейтрино с массами до 0,05 эВ. Если я правильно понимаю рис. 4, вокруг Млечного Пути должно быть от миллиона до миллиарда солнц с массой нейтрино. Я действительно не понимаю , когда это становится правдой, но, кажется, это примерно настоящее время.

Ответы (1)

Есть несколько вопросительных знаков, здесь я пытаюсь разобрать по порядку.

  1. 3-й абзац: да и нет. Группировка зависит от следующих двух энергий: (абсолютное значение) гравитационного потенциала галактики. ф , а кинетическая энергия нейтрино Е к . Средняя энергия реликтовых нейтрино Е ¯ к уменьшается по мере расширения Вселенной. ф будет расти, если есть только нормальная материя и темная материя. Объединив эти два фактора, скопление нейтрино действительно становится значительным в недавней Вселенной, что дает ответ «да». Но если наш стандарт Λ Модель CDM подтверждается, рост структур замедляется в больших масштабах, и будет замедляться и в галактических масштабах, и, наконец, ф уменьшится. Затем потребуются некоторые расчеты, чтобы увидеть, замедлится или ускорится скопление нейтрино когда-нибудь в будущем — отсюда и часть «нет». Но опять же, если Λ Модель CDM верна, конечное состояние Вселенной однородно и не имеет какой-либо структуры, т. е. должен существовать период замедления кластеризации нейтрино.

  2. 4-й абзац: Средняя энергия нейтрино увеличивается с температурой Вселенной, поэтому она может быть значительно выше 2,5 МэВ — это значение имеет некоторое значение, возможно, потому, что около этого значения нейтрино освобождаются от столкновений с электронами и т. д. При таких высоких температуры, в соответствии с теоремой о равнораспределении мы вычисляем долю энергии путем подсчета степеней свободы (степеней свободы) всех частиц, включая электроны (степень свободы = 2), позитроны (степень свободы = 2), нейтрино (три поколения, каждое со степенью свободы 1, что дает общую степень свободы =3), античастицы(степень свободы=3), а также фотоны (степень свободы=2). -- Теперь я вижу логику вашего результата. Если к электронам/нейтрино не прилагается этот коэффициент 7/8, доля энергии в нейтрино в это время действительно будет 1/2. Фактор 7/8 исходит из различных статистических данных, которым удовлетворяют нейтрино/электроны (Ферми-Дирак) и фотоны (Бозе-Эйнштейн); из-за этого фактора дробь становится 21/43.

  3. 5-й абзац: статья, упомянутая @Chris White, рассчитала временную эволюцию кластеризации нейтрино. Однако вывод, похоже, касался профиля плотности тока; но даже кластеризацию нейтрино сегодня трудно наблюдать — нейтрино все еще слишком мало, не говоря уже об эволюции во времени.

  4. два вопроса в последних двух абзацах: температура 1,9 К указывает на среднюю кинетическую энергию. Могут существовать реликтовые нейтрино с произвольно более высокой и сколь угодно более низкой энергией, чем указывает это значение; это проблема распределения Ферми-Дирака.

[править примечание]: Низкая скорость нейтрино и сильное гравитационное поле галактики облегчают захват, но недостаточны для захвата. Представьте себе нейтрино, испускаемое нулевой ф место; его энергия всегда будет положительной. Он упадет в галактику и в конце концов выпадет, если с ним не произошло столкновений. Захватить нейтрино для галактики — все равно, что захватить спутник для планеты, что является классической задачей и включает в себя взаимодействие трех тел.

Спасибо, что терпите меня… так легко задавать слишком много вопросов :) Идея (4) заключается в том, что холодные нейтрино покидают термодинамическое распределение, поскольку захват выборочно останавливает охлаждение нейтрино. Пока галактические окрестности плотны по сравнению со шкалой расстояний, необходимой для заметного красного смещения, и достаточно однородны, каждое реликтовое нейтрино захватывается в окрестности наблюдателя вскоре после того, как его энергия достигает критического значения.
… хотя это довольно спекулятивно. Если когда-либо был академический вопрос: P
@Potatoswatter: я согласен с аргументом об отсутствии красного смещения после захвата. Нейтрино в свободном пространстве следуют геодезическим, когда за пределами галактики метрика является (постоянно расширяющейся) однородной метрикой Робертсона-Уокера; а внутри галактики местная метрика более сферическая, метрика Шварцшильда, которая не расширяется. И ИМО ваши вопросы очень академичны.
Ваше редактирование не интересно; Я полагаю, что другая интерпретация состоит в том, что либо 1. последний бит энергии должен быть поглощен красным смещением непосредственно перед захватом (вызывая очевидную отрицательную начальную потенциальную энергию), либо 2. что нейтрино было замедлено эффектом рогатки от проходящей мимо галактики, которая впоследствии уходит со сцены и оставляет нейтрино в ловушке своего соседа.
Обращаются ли первичные фоновые нейтрино в гало темной материи?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v