Gilt der Begriff „dunkle Materie“ für nicht lumineszierende Körper, die dennoch elektromagnetisch wechselwirken?

Ich weiß, dass wir diese Diskussion auf der Astronomy SE-Website geführt haben, aber lassen Sie mich versuchen, meine Antwort näher auszuführen.

Dunkle Materie ist eine ganz andere Komponente des Universums als baryonische Materie. Es verursacht die gleiche Gesamtdynamik, wenn es um das Universum als Ganzes geht. Was ich damit meine, ist, dass der Hubble-Parameter:

Bleibt das selbe. Folglich bleiben das Alter des Universums, die Rückblickzeit auf Objekte im Universum, die Entfernung zu Dingen wie dem kosmologischen Horizont, dem CMB, ..., diese Dinge alle gleich, denn:

ABER Sie fragen sich dann vielleicht: Was ändert sich, wenn Sie das Verhältnis von dunkler Materie zu baryonischer Materie ändern? Die Antwort ist, dass die Struktur statistisch gesehen anders aussehen würde. Das Leistungsspektrum des Universums würde erheblich anders aussehen. Unten ist ein Bild des vom Planck-Satelliten gemessenen Leistungsspektrums (Rot stammt von Beobachtungen und Grün ist die Vorhersage des kosmologischen LCDM-Modells) – ziemlich gut passend, oder?

Was sich in diesem Bild tatsächlich ändert (wenn Sie das Verhältnis von dunkler Materie zu Gesamtmaterie von Hand anpassen würden), sind die relativen Höhen der Spitzen im Leistungsspektrum. Dies liegt daran, dass die „Kälte“ in Cold Dark Matter aus der Tatsache entsteht, dass Dunkle Materie nicht elektromagnetisch interagiert, und so kühlte sie im frühen Universum schneller ab als baryonische Materie und bildete Überdichten im frühen Universum, die baryonische Materie würde später in die Strukturen fallen und die Strukturen bilden, die wir heute sehen. Wenn Dunkle Materie wirklich aus Dingen wie Neutronensternen und Braunen Zwergen bestehen würde (wie Sie sowohl hier als auch auf der Astronomy SE sagen), die absolut aus Material bestehen, das in Quarks zerlegt werden kann, dann müssten Sie zu dem Schluss kommen, dass die Das frühe Universum hatte keine solche Komponente aus dunkler Materie. Dies würde Ihnen eine gebenein völlig anderes Leistungsspektrum und wäre absolut unvereinbar mit dem Leistungsspektrum, das wir beobachtend gemessen haben.

Die Alternative ist, dass unsere Theorien falsch sind und dass es keine solche Komponente im Universum gibt , die sich gravitativ wie normale Materie verhält, aber nicht elektromagnetisch interagiert. Dies ist absolut eine Möglichkeit. Eine andere Möglichkeit ist, dass dunkle Materie tatsächlich aus Teilchen besteht, von denen wir wissen, dass sie existieren, die aber eine Masse haben und außerdem neutral sein müssen (neutrale Teilchen interagieren nicht über die elektromagnetische Kraft) - deshalb verschiedene Arten von Neutrinos ( oder einfach Neutrinos selbst, wenn sie zufällig die richtigen Massen haben) wurden als möglicher Kandidat für Teilchen der Dunklen Materie vorgeschlagen.

Dinge wie Neutronensterne, braune und weiße Zwerge sind alle Endprodukte von Hauptreihensternen, die aus verschiedenen Gasen bestehen, die natürlich Atome sind. Egal wie schwach sie tatsächlich sind, sie unterscheiden sich charakteristischerweise von dem, was wir für dunkle Materie halten. Übrigens ist Ihre Aussage, dass sie selbst keine EM-Strahlung abgeben, einfach falsch. Sie senden Photonen aus. Pulsare sind schnell rotierende, stark magnetisierte Neutronensterne und braune und weiße Zwerge sind sehr schwach, weil sie sich von der Hauptsequenz im HR-Diagramm entfernt haben und daher nicht mehr so ​​schnell Elemente verschmelzen wie früher.

Ich weiß nicht, was genau eine akzeptable Antwort auf diese Frage darstellen würde, aber ich habe immer verstanden, dass dunkle Materie jede nicht strahlende Materie ist, wie z. B. Schwarze Löcher, um dunkle Materie zu sein. Meine Meinung zählt wahrscheinlich nicht viel. Hier ist Wikipedia . Sie sprechen eindeutig von baryonischer dunkler Materie, also bezieht sich dunkle Materie nicht nur auf WIMPs oder exotischeres Zeug; es kann sich auch auf Baryonen beziehen.

Aber Sie wissen, dass Sprache eine lustige Sache sein kann. Vielleicht könnte jemand eine dieser Karten erstellen, die besagt, ob dunkle Materie baryonischer Natur sein kann.

Es gibt tatsächlich ZWEI Probleme mit dunkler Materie und mindestens zwei Komponenten zu "dunkler Materie".

Die beiden Probleme der Dunklen Materie sind (i) dass die meiste Materie im Universum nicht-baryonisch zu sein scheint und nicht mit baryonischer Materie interagiert (es sei denn vielleicht sehr schwach); (ii) der größte Teil der baryonischen Materie ist noch zu finden; der Anteil, der sich in der mit Galaxien etc. assoziierten leuchtenden Materie befindet, ist zu gering.

Das gegenwärtige Konkordanzmodell der Kosmologie ist das$\Omega_M \simeq 0.32$- das heißt, 32 % der kritischen Dichte des Universums liegen in Form von Materie vor, wie sie zum Zwecke des Einsetzens in die Friedmann-Gleichungen definiert ist. Andererseits wissen wir auch aus Beschränkungen, die durch den kosmischen Mikrowellenhintergrund und Schätzungen der primordialen Häufigkeit von Helium und Deuterium geliefert werden, dass die Dichte baryonischer Materie$\Omega_B \simeq 0.049$(z. B. Planck-Kollaboration 2018 ). Wir schätzen auch, indem wir einfach die leuchtende Materie im Universum betrachten und mit einem angenommenen Masse-zu-Licht-Verhältnis multiplizieren, dass die Menge an "leuchtender" Materie im Universum$\Omega_L \sim 0.01$.

Daher gibt es zwei Probleme - die Lücke dazwischen$\Omega_M$Und$\Omega_B$und die Lücke dazwischen$\Omega_B$Und$\Omega_L$.

Die letztgenannte Lücke könnte sich nun aufgrund der Entdeckung des warm-heißen intergalaktischen Mediums schließen , aber auch kompakte Überreste, stellargroße schwarze Löcher, kalte weiße Zwerge, verlorene Golfbälle usw. sind Kandidaten, um die zu füllen$\Omega_B-\Omega_L$Lücke. Zahlreiche Quellen haben diesen Dingen ziemlich starke Einschränkungen auferlegt – zumindest was ihren Beitrag zur galaktischen Dunklen Materie anbelangt; und sie sind wahrscheinlich sehr kleine Beitragszahler. Sie würden als baryonische Dunkle Materie eingestuft und sind nur in dem Sinne dunkel, dass sie mit der aktuellen Technologie schwach/nicht nachweisbar sind (obwohl dies im Fall von Schwarzen Löchern immer der Fall sein wird). Sie werden aus baryonischer Materie gebildet, die in der Epoche der primordialen Nukleosynthese vorhanden war. Sie können/werden keinen Beitrag zur nicht-baryonischen Dunklen Materie leisten.

Im Laufe der Jahre hat es eine Verschiebung gegeben, die dem allmählichen Ausschluss verschiedener baryonischer Kandidaten für dunkle Materie entspricht, um ausschließlich die nicht-baryonische Komponente als "die dunkle Materie" zu bezeichnen. Dies ist eine genauere Definition, da nicht-baryonische dunkle Materie überhaupt nicht elektromagnetisch wechselwirkt.

Es gibt einige Grauzonen – zum Beispiel urzeitliche Schwarze Löcher. Die allgemeine Konvention ist, dass, wenn die Schwarzen Löcher während der Epoche der Nukleosynthese dort waren, sie nicht baryonisch zu dieser Nukleosynthese beigetragen haben können und sie als nicht-baryonische Dunkle Materie behandelt werden. Wenn sie nach der Nukleosynthese entstanden wären, wären sie baryonische dunkle Materie. Weiteres Grau entsteht, weil Schwarze Löcher sicherlich in der Lage sind, etwas (aber nicht viel) nicht-baryonische dunkle Materie aufzufegen, nachdem sie sich gebildet haben, und es kann sogar sein, dass schwache Wechselwirkungen dazu führen können, dass nicht-baryonische Materie in dichten kompakten Objekten wie Weiß eingeschlossen wird Zwerge und Neutronensterne.