Stosunek konwencjonalnej materii do ciemnej materii poza galaktykami

Zastanów się, powiedz, że ten wybitny schemat z innego pytania,

Na początek galaktyki mają typową gęstość D. Przestrzeń międzygalaktyczna ma znacznie niższą gęstość d.

Jak wiemy: w galaktykach (o gęstości D) większość rzeczy to ciemna materia. Powiedzmy, że dla wygody jest to 10: 1.

Tak więc stosunek ciemnej materii w galaktykach wynosi (powiemy) 10: 1.

Ale oto, czego nigdzie nie mogę znaleźć:

(1) W przestrzeni międzygalaktycznej. Po pierwsze, czy jest jakaś ciemna materia? Czy też wierzymy, że ciemna materia istnieje po prostu tylko w galaktykach? Nie pomiędzy?

(2) Jeśli między galaktykami jest ciemna materia. Czy wiemy lub wierzymy: jaki jest stosunek ciemnej materii? W rzeczywistości, czy jest to ten sam stosunek (powiedzmy 10: 1) jak w galaktykach? A może jest jeszcze bardziej dominujący, a może znacznie mniej dominujący? Jaki jest tam stosunek?

(3) Jeśli wszędzie jest ciemna materia. Galaktyki istnieją we włóknach i ścianach. Czy ciemna materia to robi? czy jest równomiernie rozłożony?

Krótka odpowiedź na twoje pytanie brzmi: nie, między galaktykami nie ma ciemnej materii, przynajmniej na jakimkolwiek znaczącym poziomie.

Między galaktykami istnieje zwykła materia, zwana ośrodkiem międzygalaktycznym (IGM). IGM jest niezwykle rozcieńczonym, gorącym gazem, który przenika przestrzeń między galaktykami. Typowa gęstość IGM wynosi około jednego atomu wodoru na metr sześcienny, a jego temperatura wynosi około 10 ^ 6 K. Te wysokie temperatury utrzymują IGM w równowadze ciśnieniowej z dowolnymi galaktykami i zapobiegają zapadnięciu się na galaktyki.

Ciemna materia jest jednak zimna i nie ma ciśnienia gazu w IGM, więc kondensuje się na galaktykach. [1] Jedną interesującą różnicą między ciemną materią a zwykłą materią jest to, że ciemnej materii brakuje jakiegokolwiek mechanizmu chłodzenia. W rezultacie, gdy zwykła materia zapada się w galaktyce, może ochłodzić się i skondensować w stosunkowo zwartej przestrzeni, a następnie tworzyć gwiazdy i planety. Ciemna materia pozostaje jednak rozciągnięta, ponieważ nie ma sposobu na zrzucenie swojej potencjalnej energii grawitacyjnej. Galaktyki wykazują zatem znaczny halo ciemnej materii, gdzie stosunek ciemnej materii do zwykłej materii zwiększa się zasadniczo o kilka promieni galaktycznych od centrum. W samej galaktyce zwykła materia dominuje co najmniej o rząd wielkości,

Jedno interesujące pytanie dotyczy tego, czy halo ciemnej materii istnieje w przestrzeni międzygalaktycznej bez odpowiadającej jej galaktyki gospodarza w centrum. O ile możemy powiedzieć, odpowiedź na to pytanie wydaje się nie, a przynajmniej takie struktury muszą być dość małe i niezwykle rzadkie. Istnieją galaktyki karłowate (tylko około 10 ^ 6 mas Słońca), które mają ogromne halo ciemnej materii (znacznie nieproporcjonalne do ich wielkości, w stosunku do Drogi Mlecznej), ale wydaje się, że prawie każda halo zawiera co najmniej jakąś zwykłą materię, nie ważne jak słaby.

Pustki kosmiczne są jeszcze bardziej ekstremalnym przykładem. Pustki są zdominowane przez ciemną energię i dlatego rozszerzają się szybciej niż reszta wszechświata. Pustki zwykle popychają każdą materię (ciemną lub inną) do ścian, które oddzielają ją od otaczających pustek. W prawdziwym sensie wszechświat składa się z pustek, a wszystko, co wiemy, leży na ścianach i oddzielających je włóknach. Ten artykuł zbadał aureole ciemnej materii w kosmicznych pustkach i zasadniczo stwierdził, że ich nie było. Innymi słowy, odkryli, że aureole ciemnej materii w pustkach kosmicznych mają galaktyki gospodarza równie często jak aureole ciemnej materii poza pustkami kosmicznymi (to znaczy prawie zawsze).

[1]: Aby być absolutnie pedantycznym, nie wątpiłbym, że w przestrzeni międzygalaktycznej wiruje kilka cząstek ciemnej materii. Byłbym jednak zaskoczony, gdyby jego gęstość przekroczyła (już niewielką) gęstość zwykłej materii w IGM.

Zobaczę, czy mogę odpowiedzieć przynajmniej na niektóre z tych pytań.

1. Tak, między galaktykami jest ciemna materia. Dowodzi tego fakt, że w grupach i gromadach galaktyk potrzeba więcej ciemnej materii niż w samych galaktykach, aby wyjaśnić, co się dzieje: pod względem tego, dlaczego grupy lub gromady są związane grawitacyjnie pomimo ekstremalnych prędkości galaktyki w grupach / gromadach; dlaczego emitujący promieniowanie rentgenowskie gaz w klastrach jest tak gorący i pod wysokim ciśnieniem, a mimo to nadal jest ograniczony do gromady; oraz w celu wyjaśnienia soczewkowania grawitacyjnego galaktyk tła przez gromady. (Poparte również obserwacjami takich zjawisk jak efekt Sunyaeva-Zeldovicha w klastrach).

   (W rzeczywistości najstarszym dowodem na istnienie ciemnej materii były ekstremalnie wysokie prędkości galaktyk w gromadach, mierzone przez Fritza Zwicky'ego w latach 30. XX wieku. Jest to również jeden z trybów awarii Zmodyfikowanej Dynamiki Newtona jako alternatywa dla ciemnej materii: nawet jeśli myślisz, że możesz pozbyć się ciemnej materii w galaktykach, nadal potrzebujesz ciemnej materii w gromadach galaktyk, oprócz samych galaktyk).

   I oczywiście modele kosmologiczne wskazują, że ciemna materia stanowi około 25% gęstości krytycznej wszechświata. W celu mam tyle ciemną materię, to mają mieć więcej ciemnej materii niż to, co znajduje się wewnątrz poszczególnych galaktyk.

2. „Jeśli między galaktykami jest ciemna materia. Czy wiemy lub wierzymy: jaki jest stosunek ciemnej materii na zewnątrz?” Myślę, że najprostszym sposobem na rozwiązanie tego problemu byłoby przyjęcie stosunku ciemnej materii / barionowej materii dla wszechświata jako całości, określonego przez obecne obserwacje i modele kosmologiczne. Daje to stosunek około 5: 1.

3. „Galaktyki istnieją we włóknach i ścianach. Czy ciemna materia to robi? Czy rozkłada się równomiernie?” Tak, ciemna materia to robi. Powodem, dla którego widzimy galaktyki we włóknach, gromadach i ścianach, jest to, że ciemna materia zbija się grawitacyjnie w tych strukturach; w tej skali galaktyki są zasadniczo wzdłuż drogi, podążając za przyciąganiem grawitacyjnym tego, co robi ciemna materia. Powodem istnienia galaktyk we włóknach jest nierównomierny rozkład gęstości zarówno regularnej, jak i ciemnej materii we wszechświecie. Nadmierna gęstość prowadzi do zapadania się materii, tworząc galaktykę (na przykład), ale nadmierna gęstość może być asymetryczna. Prowadzi to do szybszego zapadania się w jednym określonym kierunku, co powoduje powstawanie galaktyk we włóknach (patrz npniniejszy dokument podsumowujący).

   Ta strona zawiera obrazy z wielkoskalowej symulacji kosmologicznej (Millennium Simulation). Większość obrazów przedstawiających strukturę włókienkową w różnych skalach pokazuje tylko ciemną materię .