Czy ciemną materię można znaleźć w kształcie planet, galaktyk itp.?

Jeśli ciemna materia ma grawitację tak jak normalna materia, czy to oznacza, że ​​może ona również tworzyć planety, układy słoneczne i tak dalej? Każda odpowiedź będzie mile widziana.

Planety i gwiazdy, nie. Gromady kuliste i galaktyki, tak.

Małe łuski

Aby skondensować się w tak względnie zwarte obiekty, takie jak planety, gwiazdy, a nawet bardziej rozproszone chmury formujące gwiazdy, cząstki muszą być w stanie rozproszyć swoją energię. Jeśli tego nie zrobią, ich prędkości nie pozwalają im niczego formować.

Cząstki „normalne”, tj. Atomy, robią to poprzez zderzenie. Kiedy zderzają się atomy, są podekscytowane, a gdy się podniecają, emitują promieniowanie, które opuszcza układ, odprowadzając energię. W ten sposób zespół cząstek może zrelaksować się w układzie mniej energetycznym, ostatecznie kondensując np. W gwiazdę. Ponadto zderzenia powodują, że cząstki o większej energii przekazują energię mniejszym, co powoduje, że zespół osiąga równowagę termodynamiczną , tj. Średnio wszystkie cząstki mają tę samą energię.

Ciemna materia z definicji nie jest w stanie zderzać się i promieniować, a zatem w tak małych skalach, jak gwiazdy i planety, cząstki, które wchodzą do potencjalnej studni o danej energii, utrzymają tę energię. W ten sposób przyspieszą w kierunku centrum, a następnie zwolnią po jego najbliższym podejściu do centrum, i ostatecznie opuści system z taką samą energią jak wcześniej (jeśli na początku był niezwiązany). Uniemożliwia to bezkolizyjnemu tworzeniu się tak małych obiektów.

Duże łuski

Jednak w skali galaktyk różne mechanizmy relaksacyjne umożliwiają tworzenie ciemnej materii. To jest powód, dla którego w symulacjach Wszechświata w postaci czystego N-ciała, takich jak Symulacja Millennium , zobaczysz galaktyki. Rozmiary tych struktur zależą od rozdzielczości, ale są mierzone w milionach mas Słońca.

Mechanizmy relaksacyjne obejmują:

Jest to coś w rodzaju zwijania się ramion galaktyki, ale w przestrzeni fazowej, a nie w przestrzeni rzeczywistej.

Dzieje się tak, gdy cząstki zbliżają się tak blisko, że ich trajektorie różnią się wykładniczo.

Dwa wyżej wymienione mechanizmy zakładają stały potencjał grawitacyjny , ale gdy układy się rozluźniają, zmienia się, powodując dodatkowy proces relaksacji. Na przykład, bardziej masywne cząsteczki mają tendencję do przenoszenia większej ilości energii do swoich lżejszych sąsiadów, a zatem stają się ściślej związane, opadając w kierunku środka potencjału grawitacyjnego. Efekt ten znany jest jako segregacja masy i jest szczególnie ważny w ewolucji gromad kulistych gwiazd.$\Phi$$\Phi$

W przypadku perturbacji / fali o prędkości , jeśli cząstka pochodzi z , przejmie falę, najpierw zyskując energię, gdy wpada do potencjału, ale później traci tę samą ilość energii, gdy ponownie się wspina. To samo dotyczy cząstek o które są wyprzedzane przez falę. Jednak cząstki o (tj. rezonansu z falą) mogą doświadczyć przyrostu lub utraty energii netto. Rozważ cząstkę o wartości nieco większej niż$v_p$$v\gg v_p$$v\ll v_p$$v\sim v_p$$v$$v_p$. Zależnie od fazy podczas oddziaływania z falą, zostanie ona albo przyspieszona i odejdzie od rezonansu, albo spowolniona i zbliży się do rezonansu. Te ostatnie oddziałują bardziej efektywnie z falą (tj. Będą spowalniane przez dłuższy czas), a zatem średnio nastąpi transfer energii netto z cząstek z do fali. Przeciwnie, dotyczy to cząstek o wartości nieco mniejszej niż$v \gtrsim v_p$$v$$v_p$

Możesz przeczytać więcej o tych mechanizmach w Mo, Bosch i White's Galaxy Formation and Evolution .