Всегда ли нормальная материя сопровождается темной материей и наоборот?

Нам не хватает точности, чтобы сказать, что нет областей, где есть материя без темной материи или наоборот. Но ясно то, что отношение темной материи к нормальной материи, которое в среднем составляет (или должно быть) около 5, чтобы объяснить плоскостность Вселенной, варьируется на порядки от места к месту.

Причина этого в том, что материя взаимодействует с материей совершенно иначе, чем темная материя взаимодействует (слабо) с нормальной материей или с самой собой любым другим способом, кроме гравитации. Гравитационные взаимодействия между нормальной и темной материей не являются диссипативными.

Под этим я подразумеваю сохранение суммы гравитационной и кинетической энергии. Когда нормальная материя взаимодействует сама с собой, обычно возникают диссипативные последствия. Например, взаимодействующее вещество может нагреваться и излучать энергию.

Вот почему обычное вещество в нашей галактике Млечный Путь сосредоточено в плоскости. Диссипативные взаимодействия во время гравитационного коллапса нашей Галактики в сочетании с требованием сохранения углового момента приводят к образованию диска. Этого нельзя сказать о темной материи, связанной с Млечным Путем, которая, как ожидается, будет иметь гораздо более сферическое распределение.

Точно так же, когда мы смотрим на требуемые профили плотности нормальной и темной материи, чтобы объяснить кинематику звезд и газа в нашем Млечном Пути, мы видим, что нормальная материя гораздо более сконцентрирована в центре, чем темная материя — поэтому мы говорим о «темном ореоле». Опять же, причиной являются диссипативные взаимодействия в нормальной материи.

Еще одним известным примером разделения темной и нормальной материи является кластер пуль . На изображении ниже показано, где находится горячий газ (нормальная материя, наблюдаемая с помощью рентгеновского телескопа) по сравнению с тем, где предполагается, что темная материя (показана контурами) на основе гравитационного линзирования. Эта пара скоплений галактик недавно взаимодействовала, проходя друг сквозь друга. Горячий внутрикластерный газ был отделен от пары и подвергнут ударному нагреву, так что кажется, что он сконцентрирован между двумя скоплениями галактик. Содержимое темной материи каждого скопления ушло в небытие и по-прежнему сосредоточено вокруг видимых галактик скопления.

Еще одним примером могут быть карликовые сфероидальные галактики , это относительно небольшие галактики, в которых, тем не менее, почти полностью доминирует темная материя — их отношение массы к свету составляет$\sim$1000 по сравнению с «нормальной» галактикой, где это соотношение может быть$\sim$10.

Есть также примеры темных галактик . Это могут быть галактики, состоящие не из небарионной темной материи, а из темной материи в том смысле, что по какой-то причине эти галактики не содержат много ярких звезд. Таким образом, хотя они могут быть массивными, они не излучают много света и содержат много «инертного», не вызывающего звездообразования газа.

Масса притягивает массу, поэтому темная материя будет притягивать нормальную материю и наоборот. Однако люди искали «темные линзы», пока безуспешно.

Примеры:

• https://arxiv.org/abs/astro-ph/0307381
• https://arxiv.org/abs/astro-ph/0203061 ("темный" только на рентгене?)
• https://arxiv.org/abs/astro-ph/9804136 (в основном "не линза", а не тёмная)
• https://arxiv.org/abs/astro-ph/0202360 обсуждает, как должны выглядеть темные линзы

С другой стороны, нормальная материя имеет шанс охладиться и, таким образом, слипнуться более плотно, чем это возможно для темной материи. Следовательно, в мелкомасштабных плотных средах преобладает обычное вещество.