Можно ли найти темную материю в форме планет, галактик и т. Д.?

Если темная материя имеет гравитацию так же, как нормальная материя, значит ли это, что она также может образовывать планеты, солнечные системы и так далее? Любой ответ будет оценен.

Планет и звезд нет. Шаровые скопления и галактики, да.

Малые весы

Чтобы конденсироваться в такие относительно компактные объекты, как планеты, звезды и даже в более рассеянные звездообразующие облака, частицы должны быть способны рассеивать свою энергию. Если они этого не делают, их скорости не позволяют им формировать что-либо.

«Нормальные» частицы, то есть атомы, делают это путем столкновения. Когда атомы сталкиваются, они возбуждаются, а когда они возбуждаются, они испускают излучение, которое покидает систему, унося энергию. Таким образом, ансамбль частиц может расслабиться в менее энергичную систему, в конечном итоге конденсируясь, например, в звезду. Кроме того, столкновения приводят к тому, что более энергичные частицы отдают энергию менее энергичным, в результате чего ансамбль достигает термодинамического равновесия , то есть все частицы в среднем имеют одинаковую энергию.

Темная материя, по определению, не может сталкиваться и излучать, и, следовательно, в таких небольших масштабах, как звезды и планеты, частицы, которые входят в потенциальную яму с данной энергией, будут поддерживать эту энергию. Таким образом, они ускоряются к центру, затем замедляются после его самого близкого приближения к центру и, наконец, покидают систему с той же энергией, что и раньше (если она не была связана с самого начала). Это делает невозможным для бесстолкновительной материи формировать такие маленькие объекты.

Большие весы

В масштабе галактик, однако, различные механизмы релаксации позволяют темной материи формировать структуру. Это причина того, что в чистых симуляциях N-тела Вселенной, таких как Симуляция Тысячелетия , вы увидите галактики. Размеры этих структур зависят от разрешения, но измеряются в миллионах солнечных масс.

Механизмы релаксации включают в себя:

Это как галактические руки, но в фазовом пространстве, а не в реальном космосе.

Это происходит, когда частицы подходят так близко, что их траектории экспоненциально расходятся.

$\Phi$$\Phi$

$v_p$$v\gg v_p$$v\ll v_p$$v\sim v_p$$v$$v_p$$v \gtrsim v_p$$v$$v_p$

Вы можете прочитать больше об этих механизмах в Mo, Bosch и White's Galaxy Formation and Evolution .