Обычное отношение материи к темной материи вне галактик

Посмотрим, смогу ли я ответить хотя бы на часть этого.

1. Да, между галактиками есть темная материя. Об этом свидетельствует тот факт, что в группах и скоплениях галактик вам нужно больше темной материи, чем содержится в самих галактиках, чтобы объяснить, что происходит: с точки зрения того, почему группы или скопления гравитационно связаны, несмотря на экстремальные скорости галактики внутри групп/скоплений; почему испускающий рентгеновские лучи газ в скоплениях такой горячий и находится под высоким давлением, но все же ограничен скоплением; и для того, чтобы объяснить гравитационное линзирование фоновых галактик скоплениями. (Также подтверждается наблюдениями за такими вещами, как эффект Сюняева-Зельдовича в кластерах.)

   (На самом деле самым старым свидетельством существования темной материи были чрезвычайно высокие скорости галактик внутри скоплений, измеренные Фрицем Цвикки еще в 1930-х годах. Это также один из видов отказа модифицированной ньютоновской динамики как альтернативы темной материи: даже если вы думаете, что можете избавиться от темной материи в галактиках, вам все равно понадобится темная материя в скоплениях галактик, в дополнение к самим галактикам.)

   И, конечно же, космологические модели указывают на то, что на темную материю приходится около 25% критической плотности Вселенной. Чтобы иметь столько темной материи, у вас должно быть больше темной материи, чем внутри отдельных галактик.

2. «Если между галактиками есть темная материя. Знаем ли мы или верим: каково соотношение темной материи там?» Я думаю, что самый простой способ ответить на этот вопрос — взять отношение темной материи к барионной материи для Вселенной в целом, как это определено текущими космологическими наблюдениями и моделями. Это дает соотношение примерно 5:1.

3. «Галактики существуют в виде нитей и стенок. Это делает темная материя? Или она распределена равномерно?» Да, темная материя делает это. Причина, по которой мы видим галактики в виде нитей, скоплений и стенок, заключается в том, что темная материя гравитационно слиплась в эти структуры; в этом масштабе галактики в основном следуют за гравитационным притяжением того, что делает темная материя. Причина существования галактик в виде нитей заключается в неравномерном распределении плотности как обычной, так и темной материи во Вселенной. Сверхплотность приводит к коллапсу материи с образованием (например) галактики, но избыточная плотность может быть асимметричной. Это приводит к тому, что коллапс происходит быстрее в одном конкретном направлении, в результате чего галактики формируются в нити (см., например,этот итоговый документ для обзора).

   На этой странице есть изображения из крупномасштабной космологической симуляции (симуляция тысячелетия). Большинство изображений, демонстрирующих волокнистую структуру в различных масштабах, показывают только темную материю .

Короткий ответ на ваш вопрос: нет, между галактиками нет темной материи, по крайней мере, на каком-либо заметном уровне.

Между галактиками находится обычное вещество, называемое межгалактической средой (МГС). IGM — чрезвычайно разреженный горячий газ, который пронизывает пространство между галактиками. Типичная плотность IGM составляет около одного атома водорода на кубический метр, а его температура составляет около 10 ^ 6 К. Эти высокие температуры удерживают IGM в равновесии давления с любыми галактиками и предотвращают его коллапс на галактики.

Темная материя, однако, холодная, и ей не хватает поддержки давлением газа в IGM, поэтому она конденсируется на галактиках. [1] Одно интересное различие между темной материей и обычной материей заключается в том, что у темной материи отсутствует какой-либо механизм охлаждения. В результате, когда обычная материя падает на галактику, она может охлаждаться и конденсироваться в относительно компактное пространство, а затем формировать звезды и планеты. Однако темная материя остается растянутой, потому что у нее нет возможности сбросить свою гравитационную потенциальную энергию. Таким образом, галактики демонстрируют существенное гало темной материи, где отношение темной материи к обычной материи существенно увеличивается на расстоянии нескольких галактических радиусов от центра. Внутри самой галактики обычное вещество доминирует как минимум на порядок.

Один интересный вопрос заключается в том, существуют ли гало темной материи в межгалактическом пространстве без соответствующей родительской галактики в центре. Насколько мы можем судить, ответ на этот вопрос, кажется, нет, или, по крайней мере, такие структуры должны быть очень маленькими и чрезвычайно редкими. Существуют карликовые галактики (массой всего 10^6 масс Солнца или около того), которые имеют огромные ореолы темной материи (значительно несоразмерные их размеру по сравнению с Млечным Путем), но почти в каждом ореоле, по-видимому, присутствует по крайней мере некоторое количество обычной материи. как бы ни был слаб.

Космические пустоты — еще более экстремальный пример. В пустотах преобладает темная энергия, и поэтому они расширяются быстрее, чем остальная часть Вселенной. Пустоты имеют тенденцию вталкивать любую материю (темную или другую) в стены, отделяющие их от окружающих пустот. На самом деле вселенная состоит из пустот, и все, что мы знаем, лежит на стенах и нитях, которые их разделяют. В этой статье исследовались ореолы темной материи в космических пустотах и, по сути, было обнаружено, что их нет. Другими словами, они обнаружили, что ореолы темной материи в космических пустотах имеют галактики-хозяева так же часто, как и ореолы темной материи вне космических пустот (то есть почти всегда).

[1]: Если быть абсолютно педантичным, я бы не сомневался, что в межгалактическом пространстве летают несколько частиц темной материи. Но я был бы удивлен, если бы его плотность превышала (и без того мизерную) плотность обычного вещества в ИГМ.