Применяется ли термин «темная материя» к нелюминесцентным телам, которые все еще взаимодействуют электромагнитным образом?

Я знаю, что у нас было это обсуждение на сайте Astronomy SE, но позвольте мне попытаться уточнить мой ответ.

Темная материя — это совершенно другой компонент Вселенной, отличный от барионной материи. Это вызывает ту же общую динамику, когда речь идет о вселенной в целом. Под этим я подразумеваю, что параметр Хаббла:

остается такой же. Следовательно, возраст Вселенной, время ретроспективного взгляда на объекты во Вселенной, расстояние до таких вещей, как космологический горизонт, реликтовое излучение и т. д., все эти вещи остаются неизменными, поскольку:

НО, тогда вы можете спросить себя: что изменится , если вы измените соотношение темной материи и барионной материи? Ответ заключается в том, что статистически структура будет выглядеть иначе. Энергетический спектр Вселенной выглядел бы значительно иначе. Ниже приведено изображение спектра мощности, измеренного спутником Planck (красный цвет — это наблюдения, а зеленый — предсказание космологической модели LCDM) — довольно неплохое совпадение, верно?

Что на самом деле меняется на этой картинке (если вручную отрегулировать соотношение темной материи к общей материи), так это относительная высота пиков в спектре мощности. Это связано с тем, что «холод» в холодной темной материи возникает из-за того, что темная материя не взаимодействует электромагнитным образом, и поэтому в ранней Вселенной она охлаждалась быстрее, чем барионная материя, образуя сверхплотности в ранней Вселенной, которые барионная материя позже попадут и сформируют структуры, которые мы видим сегодня. Если бы темная материя действительно состояла из таких вещей, как нейтронные звезды и коричневые карлики (как вы говорите и здесь, и в Astronomy SE), которые абсолютно состоят из материала, который можно разбить на кварки, то вы были бы вынуждены заключить, что в ранней Вселенной такого компонента темной материи не было. Это даст вамсовершенно другой спектр мощности, и это было бы абсолютно несовместимо со спектром мощности, который мы измерили наблюдательно.

Альтернатива состоит в том, что наши теории неверны и что во Вселенной нет такого компонента, который ведет себя так же, как обычная материя в гравитационном отношении, но при этом не взаимодействует электромагнитно. Это абсолютно одна возможность. Другая возможность заключается в том, что темная материя на самом деле состоит из частиц, о существовании которых мы знаем, но которые имеют массу и, кроме того, должны быть нейтральными (нейтральные частицы не взаимодействуют посредством электромагнитной силы) — вот почему различные типы нейтрино ( или просто сами нейтрино, если они имеют подходящие массы) были предложены в качестве возможного кандидата в частицы темной материи.

Такие вещи, как нейтронные звезды, коричневые и белые карлики, являются конечными продуктами звезд главной последовательности, которые состоят из различных газов, которые, конечно же, являются атомами. Какими бы тусклыми они ни были на самом деле, они характерно отличаются от того, что мы думаем о темной материи. Кстати, ваше утверждение, что они не излучают ЭМ излучения сами по себе, просто неверно. Они излучают фотоны. Пульсары представляют собой быстро вращающиеся, сильно намагниченные нейтронные звезды, а коричневые и белые карлики очень слабые, потому что они отошли от главной последовательности на диаграмме HR и, таким образом, не сливают элементы с той же скоростью, что и раньше.

Я не знаю, что именно могло бы составить приемлемый ответ на этот вопрос, но я всегда понимал, что темная материя — это любая неизлучающая материя, например, черные дыры — это темная материя. Мое мнение, наверное, не имеет большого значения. Вот википедия . Они ясно говорят о барионной темной материи, так что темная материя относится не только к вимпам или более экзотическим вещам; это может относиться и к барионам.

Но вы знаете, язык может быть забавной вещью. Может быть, кто-нибудь сможет создать одну из этих карт, говорящих о том, может ли темная материя быть барионной по своей природе.

На самом деле есть ДВЕ проблемы темной материи и как минимум два компонента «темной материи».

Две проблемы темной материи заключаются в следующем: (i) большая часть материи во Вселенной кажется небарионной и не взаимодействует с барионной материей (разве что очень слабо); (ii) большую часть барионного вещества еще предстоит найти; доля светящегося вещества, связанного с галактиками и т. д., слишком мала.

Нынешняя модель соответствия космологии состоит в том, что$\Omega_M \simeq 0.32$- то есть 32% критической плотности Вселенной находится в форме материи, как определено для целей вставки в уравнения Фридмана. С другой стороны, мы также знаем из ограничений, обеспечиваемых космическим микроволновым фоном, и оценок изначального содержания гелия и дейтерия, что плотность барионного вещества$\Omega_B \simeq 0.049$(например, коллаборация Planck 2018 ). Мы также оцениваем, просто взглянув на светящуюся материю во Вселенной и умножив ее на некоторое предполагаемое отношение массы к свету, что количество «светящейся» материи во Вселенной$\Omega_L \sim 0.01$.

Отсюда две проблемы - разрыв между$\Omega_M$и$\Omega_B$и разрыв между$\Omega_B$и$\Omega_L$.

Последний пробел теперь может быть закрыт из-за открытия тепло-горячей межгалактической среды , но компактные остатки, черные дыры звездного размера, холодные белые карлики, потерянные мячи для гольфа и т. д. также являются кандидатами на то, чтобы заполнить этот пробел.$\Omega_B-\Omega_L$зазор. Многочисленные источники наложили на эти вещи довольно строгие ограничения — по крайней мере, в отношении оценки их вклада в галактическую темную материю; и они, вероятно, будут очень небольшими вкладчиками. Они были бы классифицированы как барионная темная материя и являются темными только в том смысле, что они тусклые/необнаружимые с помощью современных технологий (хотя в случае с черными дырами это всегда будет верно). Они образуются из барионного вещества, существовавшего в эпоху первичного нуклеосинтеза. Они не могут/не вносят вклад в небарионную темную материю.

За прошедшие годы произошел сдвиг, соизмеримый с постепенным исключением различных барионных кандидатов в темную материю, к исключительно небарионному компоненту как «темной материи». Это более точное определение, поскольку небарионная темная материя вообще не взаимодействует электромагнитным путем.

Есть несколько серых зон — например, первичные черные дыры. Общее соглашение состоит в том, что если черные дыры существовали в эпоху нуклеосинтеза, то они не могли вносить барионный вклад в этот нуклеосинтез, и их рассматривают как небарионную темную материю. Если бы они образовались после нуклеосинтеза, то это была бы барионная темная материя. Дальнейшая серость возникает из-за того, что черные дыры, безусловно, способны захватить некоторую (но не большую) небарионную темную материю после того, как они сформировались, и может быть даже так, что слабые взаимодействия могут позволить небарионной материи попасть в плотные компактные объекты, такие как белые карлики и нейтронные звезды.