Почему теплая темная материя не заменила холодную темную материю в качестве стандартной модели космологии?

The Λ С Д М (холодная темная материя с космологической постоянной) является современной стандартной космологической моделью, потому что эта модель включает в себя длинный список явлений, которые она успешно объясняет. Однако остается еще несколько проблем, которые еще не решены в контексте Λ С Д М , например (со ссылками на мою подборку доступных и/или актуальных технических статей):

Эти (воспринимаемые? пока неясно, могут ли эти вопросы быть решены в Λ С Д М framework) проблемы побудили многие исследовательские группы рассмотреть альтернативные теории. Некоторые изучают модификации или альтернативы общей теории относительности — поскольку большая часть свидетельств существования темной материи предполагает ОТО, альтернативная теория гравитации может сделать DM устаревшей. Для целей этого вопроса я хочу сохранить предположение, что ОТО верна. Другой подход состоит в том, чтобы подвергнуть сомнению холодную часть CDM. Есть данные, исключающие горячую (т.е. релятивистскую) темную материю, но так называемая «теплая» темная материя (WDM) является областью активных исследований. Также ходили слухи о самодействующей темной материи (SIDM, т.е. связи взаимодействия в темном секторе). Имеется ряд работ, в которых утверждается решение проблемы. Λ С Д М проблемы в рамках WDM или SIDM, или, скорее, более консервативно, масштабы проблем можно, по крайней мере, смягчить с помощью альтернативных моделей темной материи.

Тем не менее, я предполагаю, что научное сообщество не полностью приняло WDM, потому что у него есть проблемы в других областях, где CDM просто прекрасен. Какие наблюдения, которые WDM/SIDM/other-alternate-DM не могут объяснить, не позволяют им заменить CDM в качестве стандартной модели космологии? Или одна из этих альтернативных моделей теперь конкурирует с CDM, и нам просто нужны убедительные доказательства того, что WDM решает оставшиеся проблемы в CDM, прежде чем, так сказать, переписывать учебники?

Привет, Кайл, я добавил ссылку в Nature на (теперь доступную) версию arXiv; Думаю, это в духе поста. Хороший вопрос!
@EmilioPisanty спасибо, да, конечно. Все еще надеюсь на достойный ответ на этот вопрос, хотя, по общему признанию, это немного нерешенная проблема.
Да, вот что происходит, когда вы задаете большие, широкие, амбициозные вопросы, подобные этому ;-).
Экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств. CDM проще, чем WDM, и все упомянутые вами проблемы могут иметь более простые объяснения, основанные на эффектах барионной физики.
@ Дева Вы не правы. WDM не является более сложной теорией или экстраординарным утверждением по сравнению с CDM. Единственная разница заключается в массе гипотетической частицы темной материи. По сути, это идентичные теории, за исключением значения одного параметра.
@ohwilleke, вы ошибаетесь, добавление дополнительного параметра, который необходимо оценить, делает теплую темную материю более сложной теорией. В то время как предсказания CDM просто зависят от того, что его масса намного больше, чем его кинетическая энергия, предсказания WDM чувствительно зависят от его массы, которая может быть ограничена крупномасштабными наблюдениями за структурой и динамикой галактики.

Ответы (3)

Я наткнулся на этот вопрос и подумал, что попробую, надеюсь, он все еще актуален для вас. Дело во всех проблемах, которые вы цитируете, в том, что они имеют решение в пределах Λ МЧР

  1. Слишком большая проблема, чтобы потерпеть неудачу Я думаю, что эта проблема переоценена. Через пару недель после его публикации люди уже нашли решения, пусть и с более красочными названиями: Vera-Ciro et al. (2012) , Ван и др. (2012) , Брукс и др. (2012) ... и этот список можно продолжить. Дело в том, что это не неразрешимая проблема в списке вещей, которые мы знаем. Например, в первых двух ссылках утверждается, что количество массивных спутников сильно зависит от массы МВ, которая на самом деле является довольно жесткой мерой, поэтому перемещение вириальной массы МВ в нижний конец спектра совершенно оправдано. действительный.

    Также доступны барионные решения проблемы, основанные в основном на отзывах. Но вот в чем дело: если вы отбросите CDM в пользу WDM, эти две вещи (масса МВт и обратная связь) все равно останутся, в результате вы упустите проблему в другом направлении. Теперь вы столкнетесь с противоположной проблемой. Я назову этот аргумент (A1).

  2. Проблема вершины-ядра Опять же, мы знаем решения этой проблемы в пределах Λ ХДМ, пара СН может нанести большой урон. Даже при скромной истории звездообразования у бедного газом карлика можно ожидать модификации внутреннего склона темного гало хозяина, например, у Бредделса и др. 2015 . Я никогда не проверял это сам, но у меня такое ощущение, что если вы запустите симуляцию с достаточным разрешением для разрешения небольших структур в WDM и добавите обратную связь самосогласованным образом, вы в конечном итоге вообще не получите выступов. Снова применяется (A1).

    К сожалению, я не думаю, что WHM достаточно популярен, чтобы пробовать этот тип симуляций с уровнем детализации, скажем, Illustris .

  3. Проблема с отсутствующим спутником Я не думаю, что это проблема вообще. Это просто отражает свободную рыночную природу физики: большие вещи в конечном итоге становятся больше, маленькие… ну. Можно придумать запутанную историю о том, как темная материя может повлиять на эту проблему, но в конце концов более простое решение сработает лучше: охлаждение в маленьких ореолах безумно неэффективно.

(...)

Я остановлюсь здесь, но я думаю, что вы можете видеть закономерность. Охлаждение — это реальная проблема, барионная обратная связь реальна, массовые неопределенности реальны. Если вы решите все проблемы, которые вы публикуете, заменив CDM на WDM, все эти процессы останутся, влияя на формирование галактик, и решение, которое предлагает WDM, больше не будет действительным.

Есть симуляции с WDM наравне с такими проектами, как Illustris, с точки зрения детализации, рассматривая эти проблемы. Больше всего я знаю о варианте симуляции APOSTLE (сами по себе являющейся вариантом симуляции EAGLE с высоким разрешением, которые во многих отношениях похожи на Illustris) со стерильной нейтринной темной материей. См., например, это и это . Один из основных результатов заключается в том, что многие одинаковые решения (или небольшие вариации) работают для одних и тех же задач.
... но в любом случае, хороший ответ и +1.
@KyleOman Понятно, к сожалению, я потерял эти симуляции, когда ушел с поля. Счастливых праздников :)
Вы не объясняете, что такое MW и SN.
@HarryWilson Извините за отсутствие подробностей: MW = Млечный Путь, SN = Сверхновая. Надеюсь, теперь это имеет смысл

«C» для холода в лямбда-CDM является ложным другом «C» для холода в CDM, в отличие от WDM (с «W» для теплого).

В лямбда-модели CDM холодная темная материя определяется в более широком смысле, включая любую темную материю, которая не является «горячей» (например, тепловую реликтовую темную материю с массой частицы >> 1 эВ), потому что для целей космологии нельзя нужно очень конкретное определение холодной темной материи. Определение лямбда-CDM включает в себя как WDM, так и CDM.

Напротив, когда вы проводите различие между моделями WDM и моделями CDM, WDM относится к частицам темной материи с массой порядка кэВ, а CDM относится к частицам с массой порядка 1 ГэВ+. Лямбда-модель CDM не зависит от моделей WDM и CDM.

Модель SIDM усложнила бы математику модели lambdaCDM без улучшения ее соответствия параметрам, которые описывает эта модель, поэтому она отвергается из соображений экономии до тех пор, пока WDM и CDM не будут отвергнуты эмпирически, если вообще когда-либо.

Хотя это может быть правдой, на самом деле это не отвечает на фактический вопрос, почему модели CDM (как в вимпах ~ 1 ГэВ) являются стандартным предположением де-факто, а не WDM (например, стерильные нейтрино). Ни то, ни другое не исключено, и кажется, что косвенных доказательств в пользу WDM немного больше, чем в пользу CDM. Может, просто CDM давно укоренился?
Честно говоря, я не думаю, что есть много совпадений между людьми, работающими над космологией lamdaCDM с данными WMAP, Planck и BAO, которым, честно говоря, все равно, и людьми, занимающимися в основном WDM, CDM и GAMA галактического масштаба. (GAlaxy Mass Assembly), которые не очень интересуются космологией, и в этом сообществе также есть много неастрономов, продвигающих ссылки на спекулятивные идеи физики элементарных частиц, которые просто отказываются смотреть на доказательства в других подполях DM, которые не одобряют их последние и лучшие идея. Инерция является основным фактором. Также CDM более совместим с SUSY.

Я думаю, что и CDM, и WDM должны сначала соответствовать ограничениям, налагаемым космологическим принципом. Если я правильно помню, Эйнштейн сформулировал этот принцип, который можно найти в книге «Принцип относительности», Dover Publications, английский перевод, опубликованный в 1952 году. Я перефразирую его принцип так: «Наблюдаемые и объекты во Вселенной можно рассматривать как как равномерно распределенные... мы живем в солнечной системе, в галактике, в которой нет ничего особенного. Это просто расширенная версия полезной точки зрения Коперника.

До сих пор CDM всегда располагался «там» и «там». Никогда в нашей Солнечной системе. Если учесть космологический принцип, то центр нашей земли должен быть плотным с CDM. Я не читал о таком утверждении геологов. Я читал о таком заявлении о том, что CDM обитает на нашем солнце, в статье arXiv несколько лет назад. Так следует ли отказываться от Космологического Принципа или от идеи WDM и CDM? Принятие обеих концепций кажется несовместимым с данными.

Космологический принцип применяется в больших масштабах, а не в малых, где существуют чрезвычайно очевидные и очень хорошо известные различия в очень многих свойствах: например, существование планет не отменяет космологический принцип.
Почему теплая темная материя не заменила холодную темную материю в качестве стандартной модели космологии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v