Возможно ли, что вся темная материя состоит из планет-изгоев (свободно плавающих планет)?

Прежде всего, я начну с нескольких идей:

1. Барионная материя : Барионы — элементарные частицы, состоящие из 3 кварков. Сюда входят протоны и нейтроны, а термин барионная материя относится к материи, состоящей из барионов, такой как атомы. Примеры небарионной материи включают нейтрино, свободные электроны и другую экзотическую материю.
2. Такие вещи, как планеты, звезды, пыль и т. д., состоят из атомов и поэтому классифицируются как барионная материя.

Откуда мы знаем, что темная материя присутствует во Вселенной?

Астрономы измеряют гравитационное притяжение галактик и групп/скоплений галактик, основываясь на том, как объекты ведут себя при взаимодействии с этими объектами. Некоторые примеры этого включают удаление приливного газа / пыли, орбиты звезд в галактике и гравитационное линзирование далекого света от большого скопления. Используя это, они определяют массу галактики (или группы галактик). Мы также можем определить массу галактики или группы, взглянув на нее и сложив массы всех объектов (таких как звезды, пыль, газ, черные дыры и другое барионное вещество). Хотя оба эти метода дают нам приближения, ясно, что гравитационная масса галактик и групп превышает барионную массу в 10-100 раз.

Когда астрофизики впервые обнаружили это явление, им пришлось придумать правдоподобное объяснение, поэтому они предположили, что существует некая новая невидимая материя, называемая темной материей. (Кроме того: некоторые астрофизики также придумали другие объяснения, такие как модифицированная гравитация, но пока темная материя лучше всего объясняет наблюдения).

Итак, откуда мы знаем, что темная материя не является какой-то барионной материей?

Есть несколько причин, по которым астрофизики знают, что крайне маловероятно, что темная материя является барионной. Прежде всего, если все звезды в галактике светят на объект, который он нагревает, это тепло вызывает выделение излучения, называемого тепловым излучением , и каждый (барионный) объект выше нуля Кельвина (или -273,14 градуса по Цельсию) излучает это излучение. Однако темная материя вообще не излучает никакого излучения (отсюда и название темная!)

Если бы темная материя была барионной, это также означало бы, что она могла бы излучать свет. Если бы мы взяли комок барионной материи* и поместили его в космос, он бы сжался под действием гравитации и в конечном итоге образовал бы звезду или черную дыру** — и то, и другое мы смогли бы увидеть.

Таким образом, по этим причинам темная материя в галактиках и в группах/скоплениях галактик не может быть барионной, и поэтому не может быть планетами, мертвыми звездами, астероидами и т. д . Масса звезд в галактике будет планетами, поскольку механизм создания планет основан на сверхновых, а количество сверхновых, необходимых для такого количества планет, будет слишком велико, чтобы соответствовать нашим наблюдениям. Я надеюсь, что это ответило на ваш вопрос!

*при условии, что сгусток барионной материи был большим, а его количество в галактиках определенно велико!

** мы не наблюдаем черные дыры напрямую, но можем видеть излучение их аккреционных дисков.

Тот факт, что светящейся материи недостаточно для объяснения гравитационных свойств галактик и скоплений галактик, не приводит неумолимо к выводу о странной темной материи, которая не излучает и не поглощает свет.

Долгое время в 70-х, 80-х и 90-х годах очень сильно велись поиски маленьких темных объектов, которые могли бы восполнить эту недостающую массу. Это включало такие вещи, как холодные белые карлики, коричневые карлики с малой массой и «планеты-изгои». Ни один из этих поисков — и особенно обзоры микролинзирования, которые продолжаются и сегодня, — не выявил ничего похожего на количество объектов, необходимое для решения проблемы «темной материи» (например, Тиссеран и др., 2007 ). В частности, темная материя в виде дискретных компактных объектов с массами от одной десятой массы Земли до 30-кратной массы Солнца была исключена как важный компонент темной материи в Млечном Пути.

Тем не менее, это может оставить некоторое пространство для маневра, чтобы иметь население еще меньших планет, но более фундаментальная проблема для идеи «планет-изгоев» заключается в том, что мы теперь совершенно уверены, что чем бы ни была темная материя, она не находится в форме повседневная «барионная материя», испускающая и поглощающая электромагнитное излучение (ка свет).

Измерения изначального содержания гелия и дейтерия, образовавшихся в результате Большого взрыва, в сочетании с измерениями универсальной скорости расширения дают прямую оценку количества барионной материи во Вселенной. Хотя предполагаемое количество больше, чем можно сосчитать в светящемся веществе Вселенной, его недостаточно в 6 раз по сравнению с тем, что требуется для объяснения динамики галактик, скоплений галактик и Вселенной в целом ( Петтини и Кук 2012 ).

Еще одно косвенное свидетельство небарионной природы этого вещества исходит из моделирования формирования структуры во Вселенной. «Бездиссипативная», медленно движущаяся природа небарионной материи — это то, что требуется для объяснения (i) относительно крошечных флуктуаций космического микроволнового фона, испускаемого, когда Вселенной было 380 000 лет; и (ii) как это затем превращается в богатое множество галактик и галактических скоплений, которые мы наблюдаем сегодня во Вселенной.

Другими словами, большая часть «темной материи» должна быть небарионной и поэтому не может состоять из планет-изгоев.

Да, это определенно возможно. Для нашей Солнечной системы вам понадобится около 18 000 Сатурнов «планет-изгоев». Кажется вполне выполнимым, чтобы такое количество материи было между нами и ближайшей звездой, и чтобы мы не наблюдали ее.

Просто для сравнения: если бы Земля была размером с десятицентовую монету, планета-изгой Сатурн была бы немного меньше волейбольного мяча. В том же масштабе ближайшая планета будет находиться на расстоянии более 50 000 км; это сделало бы 2D-область (3D делает ее еще больше) размером с 60 Тихоокеанских океанов. Кажется довольно легким иметь 18 000 волейбольных мячей, плавающих незамеченными в 60 Тихоокеанских океанах.

Ни в одном ответе не упоминается интригующая возможность того, что темная материя состоит из черных дыр. Что лучше для темной материи можно придумать? И даже барионный! Хокинг придумал такую ​​возможность уже в свои бурные семидесятые (не своего возраста, а прошлого века). Есть окно для разрешенной массы черной дыры. Поскольку они взаимодействуют только за счет гравитации (при условии, что они не заряжены электрически), они по-прежнему будут иметь типичную форму ореола, окружающего галактику, и, возможно, они смогут объяснить сверхмассивные черные дыры в центре галактик. В настоящее время на них охотятся

… Я сбит с толку. «Темная материя» по определению — это «вещество, которое мы не можем видеть». Вы предполагаете, что мы сможем «увидеть» кусок барионной материи размером с планету на звездных расстояниях. Я не имею в виду туманности и тому подобное — это относительно маломассивные, сильно рассеянные облака легких элементов с очень свободными электронами, с помощью которых можно производить большое количество фотонов/эм-излучения. Не все ведут себя так. Фотоны есть фотоны — когда-нибудь делали снимок лица со светом позади объекта? Свет позади приведет к размытию любого света переднего плана; по этой же причине мы не можем так хорошо заглянуть в наш собственный галактический центр.

Этот комментарий «волейбольные мячи в океане» выше действительно помещает это в контекст. Спасибо, добрый человек. Это сколько, один волейбольный мяч на более чем 200 000 квадратных миль? Я и раньше терял футбольные мячи в общественных парках, не говоря уже о потере одного в городе, но это размеры штата.

Давай, астрономическое сообщество, ты не такой высокомерный, не так ли?