Возможно ли, что вся темная материя состоит из планет-изгоев (свободно плавающих планет)?

14

Возможно ли, что вся темная материя состоит из планет-изгоев (свободно плавающих планет)? (и другие вещи, такие как астероиды или метеороиды)

dark-matter rogue-planet Clausia
источник
3
в 90-х годах предполагалось, что часть темной материи в ореолах была сделана из коричневых карликов; позже это было исключено из-за отсутствия косвенного обнаружения посредством отклонения света (известного как микролинзирование).
Крис
1
Чтобы расширить комментарий @chris по поводу плотного, холодного, похожего на планету объекта в межзвездном пространстве нашей Галактики, добавьте не более 3% избыточной плотности массы, необходимой для объяснения кривых галактического вращения подобных галактик. Эти вещи есть, но они не являются ответом на загадку.
dmckee --- котенок экс-модератора

Ответы:

16

Прежде всего я начну с нескольких идей:

  1. Барионная материя : Барионы - это элементарные частицы, состоящие из 3 кварков. Это включает в себя протоны и нейтроны, а термин барионная материя относится к материи, состоящей из барионов, таких как атомы. Примеры небарионной материи включают нейтрино, свободные электроны и другую экзотическую материю.
  2. Такие вещи, как планеты, звезды, пыль и т. Д., Все состоят из атомов и поэтому классифицируются как барионная материя.

Теперь, как мы узнаем, что темная материя присутствует во вселенной?

Астрономы измеряют гравитационное притяжение галактик и галактических групп / скоплений на основе того, как объекты ведут себя при взаимодействии с этими объектами. Некоторые примеры этого включают удаление газа приливом / пылью, орбиту звезд в галактике и гравитационное линзирование удаленного света от большого скопления. Используя это, они определяют массу галактики (или группы галактик). Мы также можем определить массу галактики или группы, взглянув на нее и сложив массу всех объектов (таких как звезды, пыль, газ, черные дыры и другое барионное вещество). Хотя оба эти метода дают нам приближения, ясно, что гравитационная масса галактик и групп превышает массу бариона в 10-100 раз.

Когда астрофизики впервые обнаружили это явление, им пришлось придумать правдоподобное объяснение, поэтому они предположили, что существует какая-то новая, невидимая материя, называемая темной материей. (Кроме того: некоторые астрофизики также придумали другие объяснения, такие как изменение гравитации, но пока темная материя делает лучшую работу при объяснении наблюдений).

Хорошо, теперь, как мы узнаем, что темная материя - это не барионная материя?

Есть несколько причин, по которым астрофизики знают, что крайне маловероятно, что темная материя является барионной. Прежде всего, если все звезды в галактике сияют на нагреваемом объекте, это тепло вызывает выброс излучения, называемого тепловым излучением , и каждый (барионный) объект выше нуля Кельвина (или -273,14 градуса Цельсия) испускает это излучение. Однако темная материя вообще не излучает (отсюда и название темная!)

Если бы темная материя была барионной, это также означало бы, что она может стать светоизлучающей. Если бы мы получили кусок барионной материи * и поместили бы ее в космос, она бы гравитационно сжалась и в конечном итоге сформировала бы звезду или черную дыру ** - и то, и другое мы смогли бы увидеть.

Таким образом, из - за этих причин темной материи в галактиках и галактик групп / кластеров может не быть барионной, и поэтому не могут быть планеты, мертвые звезды, астероиды и т.д. Было бы определенно не быть планеты , поскольку нет никакого способа 10-100 раз в масса звезд в галактике будет планетой, поскольку механизм создания планет зависит от сверхновых, а количество сверхновых, необходимое для того, чтобы многие планеты были слишком большими, чтобы соответствовать нашим наблюдениям. Я надеюсь, что это ответило на ваш вопрос!

* если барионная материя была большой, а количество в галактиках определенно есть!

** мы не наблюдаем черные дыры напрямую, но можем видеть излучение от их аккреционных дисков.

Робби
источник
Спасибо, что нашли время написать четкое объяснение. У меня есть вопрос, по которому я пытаюсь следовать. Правильно ли я понимаю, что в мысленном эксперименте с «сгустком темной материи», что в равной степени, если он не является барионным, он также должен также гравитационно сокращаться? Это следует из его существования из вашего первого абзаца, если только он не настолько экзотичен, что может влиять на орбиты звезд вокруг галактик, но не взаимодействует с его собственным видом. Имеет ли это смысл?
Тупик
1
@Puffin Я не уверен, что полностью понимаю, о чем вы спрашиваете, но темная материя взаимодействует с другой темной материей - однако это взаимодействие чисто гравитационное. Барионная и темная материя также взаимодействуют только через гравитацию, но барионная материя взаимодействует с другой барионной материей через гравитацию, электромагнетизм, ядерные силы и т. Д. Поскольку барионная материя взаимодействует таким образом, она может «терять энергию» из-за излучения и других средств сжатия, но поскольку темная материя не может «потерять энергию», она не может сокращаться так эффективно. Отвечает ли это на ваш вопрос?
Робби
Спасибо. Думаю, ваш ответ хорошо освещает это. Мое знание здесь довольно слабое, и мне приходится делать большой скачок. Вы говорите, что, например, гравитационные волны могли бы дать материи возможность потерять орбитальную энергию и, таким образом, между двумя типами материи, барионной и темной, и, таким образом, позволить обычной материи образовывать звезды и галактики, в то время как темная материя оставалась более распределенной? ?
Тупик
1
Да, гравитационные волны являются одним из способов потери энергии материей (хотя она очень мала). Когда газовое облако сжимается, оно нагревается, и это тепло излучается, охлаждая газ и позволяя ему сжиматься все больше и больше. Вот почему материя может образовывать звезды, планеты и такие крутые вещи, но темная материя не может.
Робби
Хорошо, спасибо, с примером жары это намного понятнее.
Тупик