Звичайне відношення речовини до темної матерії, поза галактиками

Розглянемо, як сказати цю непересічну діаграму з іншого питання,

Для початку галактики мають типову щільність D. Міжгалактичний простір має значно меншу щільність d.

Як ми знаємо: у галактиках (з щільністю D) більшість речей - це темна речовина. Скажімо, для зручності це 10: 1.

Отже, співвідношення темної речовини в галактиках становить (скажемо) 10: 1.

Але ось що я не можу ніде пояснити:

(1) У міжгалактичному просторі. Перш за все, чи є якась темна речовина? Або ми віримо, що темна матерія існує просто, лише в галактиках? Не між?

(2) Якщо між галактиками є темна речовина. Ми знаємо чи віримо: яке співвідношення темної речовини там? Насправді, чи це саме таке співвідношення (скажімо, 10: 1), як всередині галактик? Або, можливо, це навіть більш домінуюче, чи, можливо, набагато менш домінуюче? Яке співвідношення там?

(3) Якщо скрізь є темна матерія. Галактики існують у нитках і стінах. Чи робить це темна матерія? або воно рівномірно розподілене?

Коротка відповідь на ваше запитання - ні, між галактиками немає темної матерії, принаймні на будь-якому помітному рівні.

Між галактиками існує звичайна матерія, яка називається міжгалактичним середовищем (ІГМ). IGM - надзвичайно розбавлений, гарячий газ, який пронизує простір між галактиками. Типова щільність IGM становить приблизно один атом водню на кубічний метр, а його температура десь близько 10 ^ 6 К. Ці високі температури підтримують IGM в рівновазі тиску з будь-якими галактиками і не дають йому руйнуватися на галактики.

Темна речовина, однак, холодна і не має підтримки тиску газу в МПГ, тому вона конденсується на галактиках. [1] Одне цікаве відмінність темної матерії від звичайної речовини полягає в тому, що темна речовина не має будь-якого механізму охолодження. В результаті, коли звичайна речовина обвалюється на галактиці, вона може охолонути і конденсуватися у відносно компактному просторі і пізніше утворювати зірки та планети. Темна речовина, однак, залишається розширеною, оскільки вона не має можливості скинути свою гравітаційну потенційну енергію. Тому галактики виявляють значне ореол темної матерії, де відношення темної речовини до звичайної речовини значно збільшується на кілька галактичних радіусів від центру. У самій галактиці звичайна матерія домінує щонайменше на порядок,

Одне цікаве питання - чи існують ореоли темної матерії в міжгалактичному просторі без відповідної галактики-господаря в центрі. Наскільки ми можемо сказати, відповідь на це, здається, ні, або, принаймні, такі структури повинні бути досить маленькими і надзвичайно рідкісними. Існують карликові галактики (всього 10 ^ 6 маси сонячної маси або близько того), які мають величезні ореоли темної матерії (значно пропорційні їх розмірам відносно Чумацького Шляху), але майже кожен ореол, мабуть, має принаймні якусь звичайну речовину, як би не слабкий.

Космічні порожнечі - ще більш крайній приклад. У порожнечах панує темна енергія і тому розширюється швидше, ніж у решті Всесвіту. Пустоти, як правило, штовхають будь-яку матерію (темну або іншу) в стіни, що відокремлюють їх від навколишніх порожнеч. У реальному розумінні Всесвіт складається з порожнеч, і все, що ми знаємо, лежить на стінах і нитках, що їх розділяють. Цей документ досліджував ореоли темної речовини в космічних порожнечах і фактично встановив, що їх не було. Іншими словами, вони виявили, що ореоли темної матерії в космічних порожнечах містять галактики-хазяїни так само часто, як ореоли темної матерії поза космічними порожнечами (що означає, майже завжди).

[1]: Щоб бути абсолютно педантичним, я б не сумнівався, що в міжгалактичному просторі є кілька частинок темної речовини. Але я був би здивований, якби його щільність перевищувала (вже чутливу) щільність звичайної речовини в МПГ.

Дозвольте мені побачити, чи можу я відповісти хоча б на щось із цього.

1. Так, між галактиками є темна матерія. Це демонструється тим, що в галактичних групах і кластерах вам потрібно більше темної речовини, ніж знаходиться в самих галактиках, щоб пояснити, що відбувається: з точки зору того, чому групи або кластери гравітаційно пов'язані, незважаючи на екстремальні швидкості галактики в межах груп / кластерів; чому рентгенівський випромінюючий газ в кластерах настільки гарячий і високий, і все ще обмежений кластером; і щоб пояснити гравітаційне лінзування фонових галактик кластерами. (Підкріплене також спостереженнями таких речей, як ефект Суньяєва-Зельдовича в кластерах.)

   (Насправді найдавнішим свідченням темної матерії були надзвичайно високі швидкості галактик в кластерах, виміряні Фріцем Цвікі ще в 30-х роках. Це також один із способів відмови модифікованої ньютонівської динаміки як альтернативи темній речовині: навіть якщо ти думаєш, що ти можеш позбутися темної матерії всередині галактик, але ти все ще потребуєш темної матерії в кластерах галактик, крім самих галактик.)

   І, звичайно, космологічні моделі вказують на те, що темна речовина складає близько 25% критичної щільності Всесвіту. Для того, щоб мати стільки темної матерії, ви повинні мати більше темної матерії, ніж всередині окремих галактик.

2. "Якщо між галактиками є темна речовина. Ми знаємо чи віримо: яке співвідношення темної матерії там?" Я думаю, що найпростішим способом відповісти на це було б взяти співвідношення темна матерія / баріонів-матерія для Всесвіту в цілому, як це визначено сучасними космологічними спостереженнями та моделями. Це дає співвідношення приблизно 5: 1.

3. "Галактики існують у нитках та стінах. Чи це робить темна матерія? Або вона рівномірно розподілена?" Так, темна матерія робить це. Причина, по якій ми бачимо галактики в нитках, скупченнях і стінах, полягає в тому, що темна речовина гравітаційно врізалася в ці структури; в такому масштабі галактики в основному рухаються, слідуючи гравітаційному тяганню того, що робить темна речовина. Причина галактик, що існують у нитках, полягає в нерівномірному розподілі щільності як звичайної, так і темної речовини по всесвіту. Перенапруження призводить до того, що речовина руйнується, утворюючи (наприклад) галактику, але перенапруженість може бути асиметричною. Це призводить до того, що колапс відбувається швидше в одному конкретному напрямку, внаслідок чого галактики утворюються в нитках (див. Наприкладцей підсумковий документ для огляду).

   На цій сторінці є зображення масштабного космологічного моделювання (Моделювання тисячоліття). Більшість зображень , що показують волокнисту структуру на різних рівнях показують темну матерію тільки .