Предполагается, что на темную материю влияет только гравитация и никакая другая сила. Однако в то же время темная материя образует ореолы вокруг галактик, которые становятся видимыми, если посмотреть, как галактики и скопления искажают свет.
Теперь вопрос в том, что мешает этим огромным облакам темной материи коллапсировать? Облако «нормальной» материи имеет внутреннее давление от своей температуры. Сила, действующая здесь, будет электромагнитной силой, потому что атомы и молекулы «нормальной» материи отталкиваются друг от друга (сравните https://www.youtube.com/watch?v=bKldI-XGHIw Veritasium - Can We Really Touch Anything?) Когда оно коллапсирует как холодное облако, образуя звезды, внутреннее давление все еще работает, оно нагревается до тех пор, пока не образует достаточно горячую звезду, чтобы начать термоядерный огонь.
Когда звезда коллапсирует из-за того, что давление уменьшается после охлаждения ядра после замедления синтеза в конце ее жизни, квантово-механические силы (принцип Паули) удерживают ее от дальнейшего падения до тех пор, пока масса не станет достаточно сильной, чтобы преодолеть силы Паули и создать черную дыру.
Почему же не происходит того же с темной материей, если на частицы темной материи (какими бы они ни были) не действует никакая другая сила, кроме гравитации? Внутреннего давления быть не может, потому что здесь не действуют электромагнитные силы. Принцип Паули не может быть реализован, потому что для этого он недостаточно плотен и снова потребовал бы обмена другими силами между частицами.
Означает ли это, что эти частицы DM должны быть бозонами, поскольку они могут проходить друг через друга и, таким образом, никогда не терять энергию друг для друга и коллапсировать дальше? Однако гравитация также может создавать какое-то внутреннее трение, когда одна частица отдает гравитационную энергию другой, проходящей мимо.
PS: я не физик, просто интересуюсь этими вещами, поэтому я не могу делать расчеты для себя.
Темная материя без сильного самодействия действительно не имеет давления, поэтому она не может образовывать статический шар. Однако, поскольку он не взаимодействует с электромагнетизмом и не испускает никакого другого излучения, он также не может терять энергию. Когда облака обычной материи коллапсируют, образуя звезды, это происходит потому, что вовлеченные атомы и молекулы могут излучать свою энергию и в конечном итоге принимать более тесно связанную форму. Это недоступно гало темной материи, где отдельные частицы (какими бы они ни были) будут двигаться по орбите в объединенном гравитационном поле.
Если бы где-то было случайно сконцентрировано достаточное количество темной материи, она взорвалась бы в черную дыру, но, поскольку черные дыры крошечны по астрономическим масштабам, это просто удалит сверхплотную часть, а остальная часть останется на обычной орбите (с крошечной частью, падающей на время).
Технически темная материя образует вириализованные гало. Теорема вириала в механике утверждает, что когда множество связанных частиц взаимодействует друг с другом под действием силы тяжести, средняя энергия движения стремится равняться половине их средней потенциальной энергии. То есть они формируют распределение плотности с высокой плотностью и скоростью в ядре, окруженном рыхлым и малоплотным облаком более медленно движущихся частиц.
Qмеханик
ПрофРоб