Темная Материя называется Материей только из-за гравитации?

По мере расширения Вселенной плотность материи падает. Например, если объем какой-то конкретной области Вселенной удваивается, то плотность материи в этой области уменьшается вдвое. Точнее, предположим, что мы берем масштабный фактор Вселенной,$a(t)$, равным единице прямо сейчас, и мы принимаем текущую среднюю плотность равной$\rho_0$, то за раз$t$плотность будет:

Это должно быть интуитивно понятно. Предположим, что Вселенная удваивается в размере, т. е. масштабный фактор увеличивается с$1$к$2$, то объем увеличивается в раз$2^3 = 8$поэтому плотность падает до$\rho_0/8$.

Но ...

Хотя это кажется интуитивно очевидным, это верно только для материи и, строго говоря, только для материи без давления (хотя в хорошем приближении материя во Вселенной не имеет давления). Для фотонов плотность как функция времени определяется выражением:

Обратите внимание, что это имеет$a^4$зависимость не$a^3$. А для темной энергии плотность не зависит от времени:

(при условии, что темная энергия ведет себя как космологическая постоянная).

Суть всего этого в том, что когда мы говорим о материи , мы имеем в виду все, что масштабируется подобно материи по мере расширения Вселенной. Таким образом, фраза « темная материя» означает что- то, что мы не можем увидеть, но масштабируется как$1/a^3$. Мы не знаем, из чего состоит темная материя, но мы знаем, что чем бы она ни была, она должна вести себя как обычная материя по мере расширения Вселенной.

Слишком длинно для комментария, но по номенклатуре наблюдения Фрица Цвикки за другими галактиками сделали для него очевидным, что галактики должны иметь гораздо большую массу, чем можно увидеть. Сложенные вместе видимые звезды были примерно в 100 раз ярче, чем их звездная орбитальная скорость. Должно быть много невидимой массы, чтобы удерживать галактики вместе. Он назвал эту невидимую массу «dunkle materie», или темной материей.

Источник .

Когда Цвикки сделал это заявление, изучение других галактик находилось в зачаточном состоянии, и в то время было вполне разумно предположить, что «темная материя» Цвикки была облаками пыли и газа и, возможно, темными/потухшими звездами, некоторыми астероидами. здесь и там. Эта темная материя была каким-то новым типом неоткрытой «частицы», с чем не было общего согласия до 1980-х годов, но к тому времени у нее уже было свое броское название.

Необъяснимая масса - более точный термин. Dark Matter — более крутое название. Крутые имена имеют тенденцию прилипать, точные или нет.

Когда астрономы смотрят на орбитальные скорости звезд в галактиках (используя доплеровский сдвиг), эти скорости подразумевают, что в этих галактиках гораздо больше гравитации и гораздо больше массы, чем может быть объяснено обычным веществом.

Лучшие измерения показывают, что темной материи примерно в 5-6 раз больше, чем обычной материи. Фактическое количество темной материи в каждой галактике варьируется. Одна галактика под названием Dragonfly 44 примерно на 99,9% состоит из темной материи.

Астрономы также могут измерить, сколько массы находится в регионе, используя «гравитационное линзирование». Гравитация искривляет свет, поэтому благодаря тщательному анализу астрономы могут рассчитать, сколько гравитации и, следовательно, сколько массы находится в конкретной области.

Одно из важнейших наблюдений с использованием гравитационного линзирования относится к группе галактик, называемой Скопление Пули .

В скоплении Пуля столкновение галактик привело к тому, что самовзаимодействующий газ стал двигаться иначе, чем едва взаимодействующие звезды. (Звезды имеют такую ​​низкую плотность, что почти никогда не сталкиваются друг с другом и даже не сближаются, когда сталкиваются их галактики.) Внутри этого скопления есть область пространства, где гравитационное линзирование показывает наличие массы, но есть не обычный вопрос, чтобы объяснить это.

Теперь к той части вашего вопроса, где вы спрашиваете об определении материи. Темная материя имеет массу, иначе она двигалась бы со скоростью света и не оставалась бы в галактике. Обычная материя занимает пространство из-за электромагнитных взаимодействий и исключения Паули . Ожидается, что темная материя не будет иметь электромагнитных взаимодействий с обычной материей, и, поскольку темная материя не состоит из обычных электронов, исключение Паули не применимо.

Есть некоторые намеки на то, что темная материя должна взаимодействовать сама с собой . Что даже если он гравитационно взаимодействует только с обычной материей, он может иметь исключительное взаимодействие с самим собой.