Почему отношение темной материи к нормальной материи в галактиках больше, чем в среднем по космосу?

По-видимому, существует несоответствие между соотношением темной материи и нормальной материи во Вселенной (примерно 5 к 1, согласно Λ -CDM) и отношение средней массы гало темной материи к массе содержащейся в нем галактики (где-то от 50 к 1 до 100 к 1).

Насколько мне известно, большая часть обычной материи во Вселенной находится в галактиках, каждая из которых имеет гало темной материи, в среднем по меньшей мере в 50 раз массивнее самой галактики (см., например, Guo, White, Li & Boylan -Колчин 2010 "Как галактики заселяют ореолы темной материи?"). Кроме того, существует множество меньших ореолов темной материи, которые не содержат галактик.

Исходя из этого, можно было бы ожидать, что среднее отношение темной материи к нормальной материи должно быть не менее 50 к 1, хотя оно составляет всего около 5 к 1. В чем причина этого?

Учитывая, что никто не знает, что такое темная материя на самом деле, как вы ожидаете, что кто-нибудь ответит на этот вопрос?
В качестве дружеского предложения я думаю, что ваш заголовок можно перефразировать, чтобы он лучше отражал ваш (весьма интересный) вопрос. Я думаю, что заголовок вроде «Почему отношение темной материи к нормальной материи в галактиках больше, чем в среднем по космосу?» лучше передает то, что вы имеете в виду. Как написано, заголовок звучит так, как будто вы спрашиваете, почему космическая средняя плотность темной материи имеет одно значение по сравнению с другим, что на самом деле не является вопросом, на который можно ответить.
Стоит заметить, что внутри- и межкластерный газ может быть как минимум в 10 раз больше обычного вещества, чем галактики.

Ответы (3)

Галактики определяются концентрациями темной материи. Нормальная материя попадает в потенциалы, созданные темной материей, становится плотной, претерпевает звездообразование, становится светящейся, и мы называем это галактикой. Поэтому неудивительно, что там, где мы находим много светящейся нормальной звездной материи, мы также находим избыточную плотность темной материи.

Го и др. статья, которую вы цитируете, обсуждает отношение темной материи к звездной массе. Это не то же самое, что отношение темной материи к нормальной материи, потому что эффективность звездообразования очень низка (менее 20% по Го и др.) и сильно зависит от массы гало темной материи.

Таким образом, мне не ясно, что отношение темной материи к нормальной материи намного выше, чем среднее значение (действительно, Го и др. предполагают, что оно однородно для расчета эффективности звездообразования!)

Также верно и то, что около половины обычного вещества во Вселенной сосредоточено вовсе не в галактиках, а в тепло-горячей межгалактической среде .

Ваш ответ предполагает, что сначала идет темная материя, а затем нормальная материя. Откуда нам это знать? А нельзя ли было наоборот?
Темная материя не появляется первой, она должна была быть там с нормальной материей с первой секунды. Если это так, то почему бы ей не образовать структуры первой, поскольку нормальная материя не может сделать это из-за радиационного давления. Мы знаем это, потому что структуры не формируются в модельных вселенных, если темная материя не начинает формировать структуры до разделения излучения и материи. @foolishmuse
Просто используя числа из вашего ответа, математика на самом деле работает: если мы предположим, что в галактиках примерно в 5 раз больше нормальной материи, чем звездной материи, то это снизит отношение DM к нормальной материи примерно до 10 к 1. Затем, если половина нормальной материи находится в межгалактической среде, соотношение снова снижается примерно до 5 к 1.

Обычная (барионная) материя может слипаться, а темная материя — нет.

Будь то галактики или планеты, они формируются из гораздо более крупных газовых облаков, которые конденсируются под действием собственной гравитации. Однако сохранение углового момента подразумевает, что для эффективной кластеризации требуется эффективный механизм потери углового момента. Нормальная материя делает это за счет трения, рассеивающего кинетическую энергию.

Темная материя не имеет эффективного механизма рассеивания энергии. На самом деле существует механизм потери углового момента темной материей посредством гравитационных взаимодействий трех тел, точно так же, как в маневрах космических зондов угловой момент может передаваться от одного объекта к другому. Но этот механизм очень неэффективен из-за очень слабого гравитационного взаимодействия. Поэтому темная материя остается гораздо более раздутой.

Это означает, что локально мы живем в исключительно необычной, сверхплотной области космоса (называемой Землей), которая, однако, заключена в гораздо большую, но гораздо более низкую плотность подушки, состоящей из темной материи.

Почему темная материя не может слипаться? Если темная материя состоит из крошечных черных дыр, они могут образовывать комки, притягиваясь и формируя структуры.
Темная материя «слипается»; поэтому у нас вообще есть галактики. Нормальная материя попадает в сверхплотные области (сгустки) темной материи. В любом случае, я не понимаю, как это отвечает на вопрос — может показаться, что соотношение темной и нормальной материи в галактиках меньше.
@ProfRob В дополнение к моему вопросу в вашем ответе, есть ли в космосе области темной материи, внутри которых нет галактик.

Если, как вы говорите, в галактиках примерно в 50 раз больше DM, чем обычного вещества, и если количество DM во всей Вселенной в 5 раз больше, чем количество обычного вещества (как показывают наблюдения и космологические уравнения состояния расскажите нам), чем это может означать только одно. А именно, что есть области нормальной материи, содержащие меньше DM, чем в 5 раз больше нормального количества материи.

Такие регионы действительно есть. Посмотрите здесь , например. И регионы, содержащие другое количество DM, также существуют.

Если ТМ возникла в ранней Вселенной как первичные черные дыры (что возможно для дыр с меньшей массой, чем Луна, поскольку они не могут наблюдаться с помощью эффектов микролинзирования), или просто как частицы (что очень маловероятно), она могла бы очень хорошо, что нормальная материя и материя DM взаимодействовали, чтобы обеспечить различные локальные отношения, в то время как глобальное соотношение остается 5:1.

Почему отношение темной материи к нормальной материи в галактиках больше, чем в среднем по космосу?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v