Почему профиль плотности темной материи в пределах солнечного радиуса (и локальной плотности) является неопределенным?

Это не моя область, но я думаю, что это так же просто, как комбинация того, что вы сказали - точная оценка количества «нормальной материи» в пределах солнечного радиуса, точное измерение кривой вращения (разные трассеры могут давать немного разные результаты) , но в основном темная материя не доминирует в динамике на малых радиусах.

Например, мы знаем, какова плотность массы в локальном диске, глядя на дисперсию скоростей звезд, перпендикулярных плоскости (например, Kuijken & Gilmore 1989 ; Creze et al. 1998 ). Эти результаты показывают, что в диске на радиусе Солнца почти нет темной материи — локальная плотность массы полностью приходится на звезды, газ и звездные остатки.

Нет никакой реальной причины, по которой темная материя (без диссипации) должна быть так же сосредоточена в центре, как и светящаяся материя, и, похоже, это так.

Модели темного гало Млечного Пути предполагают, что оно распределено с гораздо меньшей «концентрацией», чем масса в диске. Параметр длины шкалы профиля Наварро-Френка-Уайта обычно оказывается равным$\sim 20$кпк (например, Клипин и др. 2001 ), тогда как экспоненциальная длина диска больше похожа на 3-4 кпк. График ниже показывает, как различные компоненты влияют на кривую вращения. Посмотрите, как темная материя динамически важна только на больших радиусах, за пределами солнечной орбиты. Так что я думаю, что даже если у вас есть очень хорошие измерения, все равно трудно получить представление о профиле темной материи из кривых вращения, потому что это не сильно меняет общее предсказание кривой вращения на малых радиусах.

Средняя плотность темной материи во Вселенной составляет примерно 1 атом водорода на кубический метр. Если мы возьмем эту плотность, то сможем вычислить, как масса темной материи, например, на орбите Юпитера, соотносится с массой Солнца.

Расстояние Юпитера от Солнца составляет около 800 000 000 000 метров (я говорю около, потому что его орбита эллиптическая), поэтому масса темной материи на его орбите равна 2$\times$10$^{36}$атомов водорода или около 3,5$\times$10$^9$кг. это примерно 2$\times$10$^{-19}$% массы Солнца.

Мы могли бы ожидать, что плотность темной материи в Солнечной системе будет выше, чем в среднем по всей Вселенной, но не более чем в 10 раз.$^{21}$. В масштабах Солнечной системы влияние темной материи совершенно ничтожно. Только когда вы добираетесь до межзвездных расстояний, это начинает становиться значительным.

Мы знаем относительную скорость относительно Солнца внутри солнечного радиуса и могли бы получить отсюда кривую вращения, если бы знали скорость вращения Солнца (или Местного эталона покоя) в Галактике и расстояние до Солнца от центра Галактики. Мы не знаем это расстояние очень точно ($8\,\text{kpc} \pm 1.5\,\text{kpc}$), а скорость Солнца относительно центра Галактики мы вообще не знаем ($230 \,\frac{\text{km}}{\text{s}} \pm 50 \,\frac{\text{km}}{\text{s}}$).

Однако мы знаем, что отношение этих двух величин составляет примерно$30 \,\frac{\text{km}}{\text{s}\cdot \text{kpc}}$. Все подробности см. у Макмиллана и Бинни: http://arxiv.org/abs/0907.4685 .