¿Cuál es la temperatura de la materia oscura?
El hecho nunca fue de la mano de un milagro. La verdad desprecia la ayuda de los milagros. Un hecho coincide con cualquier otro hecho en el universo, y así es como uno puede saber si es un hecho o no. Una mentira no coincidirá con nada más que otra mentira.
- Robert Green Ingersoll
¡Uno de los hechos más sorprendentes sobre el universo es que es conocible! Unas pocas leyes básicas, propiedades y partículas, hasta donde sabemos, pueden llevarnos de un Universo caliente, denso y casi homogéneo a un complejo sistema de miles de millones de estrellas en miles de millones de galaxias que observamos.
Uno de los resultados más sorprendentes, pero también más confiables del estudio del Universo es que la materia oscura, una forma de materia que no interactúa con la luz, los átomos o con sí misma, con la excepción de la interacción gravitacional, no solo existe, sino que también prevalece sobre el número de átomos. cinco veces!Una gran cantidad de evidencia lleva a esta conclusión, las dos mejores son las fluctuaciones en el CMB
y la distribución de galaxias, conocidas como estructuras a gran escala, en todo el Universo.
Lo que nos gustaría hacer a continuación es descubrir cómo crear y / o descubrir la materia oscura para comprender qué es.Desafortunadamente, dado que no interactúa con la materia ordinaria, excepto a través de la gravedad, y la gravedad es más débil que una vez cada 1030 , que otras interacciones conocidas, todavía no hemos podido hacer esto. Pero una de las preguntas que podemos hacer y responder mediante la observación es cuál es la energía cinética de la materia oscura en relación con su masa.
Las fluctuaciones de CMB son completamente independientes de esto. La materia oscura podría moverse con velocidades ultra-relativistas, o no moverse en absoluto, y estas fluctuaciones no cambiarían en absoluto.Pero muchas cosas son sensibles a la velocidad de la materia oscura. Como analogía, piense en ello como las moléculas dentro de una pelota.
Si las moléculas se mueven rápido, significa alta temperatura, y la bola se somete a presión desde el interior, como resultado de lo cual se hace grande, y el gas en la bola se enrarece.Por otro lado, si las moléculas se mueven lentamente, esto corresponde a una temperatura baja, la presión de la bola en el interior es pequeña, y se vuelve pequeña, y el gas en su interior se vuelve denso.Pero esta analogía no se puede aplicar a la materia oscura por completo. Las moléculas ordinarias chocan entre sí y con la superficie de la pelota. La materia oscura simplemente vuela a la velocidad que tiene en el universo en expansión. Puede moverse lo suficientemente lento como para contribuir al colapso gravitacional de los objetos (y la formación de estrellas, galaxias, cúmulos, etc.) o moverse rápido, lo que dificulta su formación.Veamos el pasado del Universo para aclarar este problema.
Veremos muchas estructuras que imponen una limitación en la temperatura, o la velocidad de la materia oscura. En un universo de cientos de millones de años, encontraremos no solo galaxias o cuásares, aunque su presencia es muy importante.
Encontraremos a menor escala las partículas colapsadas de hidrógeno primordial, muy densas y frías. Debido a la profundidad y al pequeño ancho de las líneas en los gráficos, las líneas de absorción de piezas frías de hidrógeno en el Universo temprano, podemos limitar la velocidad de movimiento de la materia oscura.
Por lo tanto, podemos rechazar la idea de la materia oscura caliente, la mayoría de los cuales es algún tipo de neutrino relativista ordinario de pequeña masa. Pero podemos simular diferentes temperaturas de la materia oscura, caliente, fría o algo promedio, y observar las predicciones obtenidas.
De arriba a abajo: modelos de materia oscura fría, cálida y caliente.Aquí comienza la diversión. HM frío y cálido dan resultados que generalmente coinciden con observaciones de estructuras de escalas pequeñas y grandes. En escalas de cientos de miles de años luz y más, estos dos tipos de HM forman estructuras casi indistinguibles. Pero a menor escala, sin exceder una sola galaxia grande, hay diferencias muy obvias.
Para simular, puedes estudiar galaxias individuales y recrear la distribución de materia oscura en ellas. Las predicciones de la teoría del frío TM coinciden con las cuatro líneas superiores, que son difíciles de conciliar con las observaciones. El modelo isotérmico (resultado final) siempre funciona mejor, pero no hay candidatos adecuados para partículas entre él (y para TM frío hay WIMP, axiones y un montón de otros candidatos).Pero los astrónomos han creído durante mucho tiempo que una TM cálida encajaría mejor. Los físicos prefirieron el frío TM, porque sería más fácil de detectar: aquí es donde se concentran los esfuerzos de la mayoría de los proyectos, incluidos CDMS, XENON, Edelweiss y LHC.
Pero un largo misterio ha existido por mucho tiempo. En las escalas de galaxias individuales como nuestra Vía Láctea, Cold TM predice una gran cantidad de galaxias satélite con bultos. Y aunque hay muchos de ellos en nuestro grupo local, pero todavía no tantos como sea necesario.Carlos Frenk, de la Universidad de Durham, y la letra F en el perfil de NFW está tomada de su apellido, en los últimos años, trabajó en un conjunto de simulaciones de MT muy sensibles y formación de estructuras, lo que arrojó resultados muy importantes.
Warm TM funciona! Las galaxias enanas alrededor de la Vía Láctea no son tan densas ni tan numerosas como la teoría del frío TM exigía, ¡pero los resultados de la simulación del TM cálido coinciden con las observaciones!Esto es especialmente sorprendente ya que podemos comparar los efectos de HM frío y cálido a gran escala, donde nuestras observaciones han sido muy precisas durante mucho tiempo.
Son lo mismo! A gran escala, HM frío y cálido dan resultados idénticos para los grupos. ¡Esto es maravilloso, porque es aquí donde nuestra teoría coincide mejor con las observaciones!¿Y en menor escala?
Warm TM lo hace mejor. Pero si un TM cálido es la respuesta a nuestro acertijo astronómico, ¿qué significará esto para la física?Esto significa que no la encontraremos donde estamos buscando ahora. Quizás estos son neutrinos estériles; el cuarto tipo de neutrino, que no se aparean con otros en la forma en que estamos acostumbrados? ¿Quizás este es un nuevo tipo de partícula que no habíamos pensado antes? ¿Quizás esto es algo así como un axión, solo nacido no frío (como predice la teoría estándar), o caliente (en forma de reliquia térmica), pero cálido, gracias a un nuevo tipo de interacción o emparejamiento?Sea como fuere, ha llegado el momento de volver a abrir la puerta para una TM cálida, en lugar de descartar esta idea debido a la falta de partículas candidatas adecuadas. La gravedad y la formación de estructuras no mienten, ¡así que escuchemos lo que nos dicen!Source: https://habr.com/ru/post/es398497/
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