Qual é a temperatura da matéria escura?
O fato nunca andou de mãos dadas com um milagre. A verdade despreza a ajuda dos milagres. Um fato coincide com qualquer outro fato do universo, e é assim que se pode saber se é um fato ou não. Uma mentira não irá coincidir com nada além de outra mentira.
- Robert Green Ingersoll
Um dos fatos mais surpreendentes sobre o universo é que ele é conhecível! Algumas leis, propriedades e partículas básicas, até onde sabemos, podem nos levar de um Universo quente, denso e quase homogêneo a um sistema complexo de bilhões de estrelas em bilhões de galáxias que observamos.
Um dos resultados mais surpreendentes, mas também os mais confiáveis do estudo do Universo é que a matéria escura, uma forma de matéria que não interage com a luz, átomos ou ela mesma, com exceção da interação gravitacional, não só existe, mas também prevalece sobre o número de átomos cinco vezes!Uma enorme quantidade de evidências leva a essa conclusão, as duas melhores são flutuações no CMB
e a distribuição de galáxias - conhecidas como estruturas de grande escala - por todo o Universo.
O que gostaríamos de fazer a seguir é descobrir como criar e / ou descobrir a matéria escura para entender o que é.Infelizmente, uma vez que não interage com a matéria comum, exceto através da gravidade, e a gravidade é mais fraca do que uma vez a cada 1030 , do que outras interações conhecidas, ainda não conseguimos fazer isso. Mas uma das perguntas que podemos fazer e responder através da observação é qual é a energia cinética da matéria escura em relação à sua massa.
As flutuações da CMB são completamente independentes disso. A matéria escura poderia se mover com velocidades ultra-relativísticas, ou não se mover, e essas flutuações não mudariam.Mas muitas coisas são sensíveis à velocidade da matéria escura. Como analogia, pense nisso como as moléculas dentro de uma bola.
Se as moléculas se movem rapidamente, isso significa alta temperatura, e a bola é sujeita a pressão interna, como resultado da qual se torna grande, e o gás na bola se torna rarefeito.Por outro lado, se as moléculas se movem lentamente, isso corresponde a uma temperatura baixa, a pressão da bola no interior é pequena e ela se torna pequena, e o gás dentro dela se torna denso.Mas essa analogia não pode ser aplicada completamente à matéria escura. Moléculas comuns colidem umas com as outras e com a superfície da bola. A matéria escura simplesmente voa na velocidade que tem no universo em expansão. Pode mover-se devagar o suficiente para contribuir para o colapso gravitacional de objetos (e a formação de estrelas, galáxias, aglomerados etc.) ou mover-se rapidamente, dificultando sua formação.Vamos examinar o passado do universo para esclarecer esta questão.
Veremos muitas estruturas que impõem uma limitação à temperatura ou à velocidade da matéria escura. Em um universo com centenas de milhões de anos, encontraremos não apenas galáxias ou quasares, embora sua presença seja muito importante.
Encontraremos em menor escala as partículas colapsadas de hidrogênio primordial, muito densas e frias. Devido à profundidade e à pequena largura das linhas nos gráficos - as linhas de absorção de pedaços frios de hidrogênio no Universo primitivo - podemos limitar a velocidade do movimento da matéria escura.
Portanto, podemos rejeitar a idéia de matéria escura quente, a maioria das quais é algum tipo de neutrino relativístico comum de pequena massa. Mas podemos simular diferentes temperaturas da matéria escura - quente, fria ou algo médio, e observar as previsões obtidas.
De cima para baixo - modelos de matéria escura fria, quente e quente.Aquicomeça a diversão. HM frio e quente fornecem resultados que geralmente coincidem com observações de estruturas de pequena e grande escala. Em escalas de centenas de milhares de anos-luz e acima, esses dois tipos de HM formam estruturas quase indistinguíveis. Mas em uma escala menor, não excedendo uma única galáxia grande, existem diferenças muito óbvias.
Para simular, você pode estudar galáxias individuais e recriar a distribuição de matéria escura nelas. As previsões da teoria da MT fria coincidem com as quatro linhas superiores, difíceis de conciliar com as observações. O modelo isotérmico (resultado final) sempre funciona melhor, mas não há candidatos adequados para partículas entre eles (e para a TM fria, há WIMPs, axions e vários outros candidatos).Mas os astrônomos acreditam há muito tempo que uma MT quente se encaixaria melhor. Os físicos preferiram a MT fria, porque seria mais fácil de detectar - é aqui que estão concentrados os esforços da maioria dos projetos, incluindo CDMS, XENON, Edelweiss e LHC.
Mas um longo mistério existe há muito tempo. Nas escalas de galáxias individuais como a Via Láctea, a TM fria prediz um grande número de galáxias satélites irregulares. E embora existam muitos no nosso grupo local, mas ainda não o número necessário.Carlos Frenk, da Universidade de Durham - e a letra F no perfil da NFW é retirada de seu sobrenome - nos últimos anos, ele trabalhou em um conjunto de simulações de MT e formação de estruturas muito sensíveis, resultando em resultados muito importantes.
O Warm TM funciona! As galáxias anãs ao redor da Via Láctea não são tão densas e nem tantas quanto a teoria da MT fria exigia, mas os resultados da simulação da MT quente coincidem com as observações!Isso é especialmente surpreendente, pois podemos comparar os efeitos do HM frio e quente em larga escala, onde nossas observações são há muito precisas.
Eles são iguais! Em grande escala, o HM frio e quente fornece resultados idênticos para os clusters. Isso é maravilhoso, porque é aqui que nossa teoria coincide melhor com as observações!E em uma escala menor?
O Warm TM faz melhor. Mas se uma MT quente é a resposta para o nosso enigma astronômico, o que isso significa para a física?Isso significa que não a encontraremos para onde estamos olhando agora. Talvez estes sejam neutrinos estéreis; o quarto tipo de neutrino, não acasalando com os outros da maneira como estamos acostumados? Talvez este seja um novo tipo de partícula que não pensamos antes? Talvez isso seja algo como um axônio, nascido apenas não frio (como a teoria padrão prediz), ou quente (na forma de uma relíquia térmica), mas quente, graças a um novo tipo de interação ou emparelhamento?Seja como for, chegou a hora de reabrir a porta para uma MT quente, em vez de descartar essa idéia devido à falta de partículas candidatas adequadas. A gravidade e a formação de estruturas não mentem, então vamos ouvir o que eles nos dizem!Source: https://habr.com/ru/post/pt398497/
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