Hat Dunkle Materie die Entstehung des Sonnensystems verursacht?

Diese Frage hängt mit meiner vorherigen Frage zur Entstehung des Sonnensystems zusammen und ist ein reines Gedankenexperiment mit so wenig Annahmen wie möglich.

Aus meiner vorherigen Frage habe ich gelernt, dass Sterne aus der Kondensation einer sehr großen Gaswolke entstehen, die vielleicht 1.000 (oder mehr) Objekte mit stellarer Masse erzeugt.

Ich habe auch gelernt, dass es normalerweise eines Auslösers bedarf, einer Schockwelle von einer Supernova oder einer anderen riesigen Gaswolke, die dagegen "prallt", um den Kondensationsprozess zu starten. Ohne einen Auslöser wird der Kollaps einer gigantischen Gaswolke mit extrem geringer Dichte sehr lange dauern.

Derzeit haben wir keine Beweise dafür, wie die Gaswolke, zu der unser Sonnensystem gehört, vor 4.500 Millionen Jahren zusammengebrochen ist.

Betrachten Sie nun, was wir über Dunkle Materie wissen:

  1. Es wird nicht angenommen, dass es in der galaktischen Ebene in nennenswerten Mengen vorhanden ist, sondern bildet eher sphärische Halos, die die Galaxie umgeben und sich weit über die sichtbare Materie in der Galaxie hinaus erstrecken.

  2. Die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) zeigte, dass die Existenz dunkler Materie begünstigt wird, was bedeutet, dass dunkle Materie in unserem Universum schon so lange vorhanden ist wie gewöhnliche Materie.

  3. Ein weiterer zu beachtender Punkt ist, dass die Arme einer Spiralgalaxie ohne einen Halo aus dunkler Materie nicht in der Lage sein werden, ihre Form über die Lebensdauer der Galaxie beizubehalten.

Unter der Annahme, dass der Kollaps unserer riesigen Gaswolke nicht durch einen Auslöser verursacht wurde, haben wir keine Beweise dafür, wie der Kollaps stattgefunden hat.

Nehmen Sie an, dass sich die dunkle Materie in einem kugelförmigen Halo um die Gaswolke befindet – offensichtlich wird sie nicht perfekt kugelförmig verteilt sein, sie würde mit ziemlicher Sicherheit in einigen Bereichen höhere Konzentrationen an dunkler Materie aufweisen als in anderen.

Diese Massenkonzentrationen dunkler Materie hätten Klumpen der eingeschlossenen Gaswolke zusammengezogen, die Dichte in den Klumpen erhöht und es der Schwerkraft ermöglicht, protostellare Kerne zusammenzuziehen, was schließlich die galaktische Struktur der gegenwärtigen Milchstraße hervorbrachte.

Meine Frage ist, da wir nicht wissen, mit welcher Methode unser Sternhaufen entstanden ist, ist dieses Szenario so plausibel wie jedes andere oder habe ich falsche Annahmen getroffen?

Eine kugelförmige Gaswolke kollabiert mit oder ohne dunkle Materie und ohne äußeren Einfluss, die einzige Änderung ist die Zeitskala, auf der der Kollaps stattfindet, sodass die Suche nach einem Auslöser nicht notwendig ist. Was notwendig ist, sind Erklärungen für die Zeitskalen, auf denen sich Galaxien bilden, und für die Dynamik beobachteter Kollaps von Gaswolken, und wir haben Beobachtungsdaten für Analoga zu den Ereignissen, die zur Entstehung der Sonne führten.
@CuriousOne das war schnell, naja, einen Versuch war es wert, wir brauchen sicher mehr Daten, zurück zum Tagesgeschäft, vielen Dank für die prompte Antwort.
Ich bin neugierig, warum Sie diese Fragen stellen, da Sie es bereits besser wissen. :-)
@CuriousOne Je größer der Fehler, desto mehr lernt man, und dafür bin ich hier. Ich habe also ziemlich viel gelernt, mich selbst überrascht, von diesem Kriterium :)
Es sollte vielleicht als neue Frage gestellt werden, und bis wir wissen, was dunkle Materie ist, ist es schwer, 100% zu sagen, aber dunkle Materie "koppelt" nicht. Es gibt einige kuriose spekulative Antworten darauf, wie der Mond aussehen würde, wenn er aus dunkler Materie bestehen würde (sie könnte für einen unsichtbar sein), aber kurz gesagt, dunkle Materie verklumpt nicht, also könnte sie sich nicht zu einem Mond formen. Wenn es Ihnen irgendwie gelänge, dunkle Materie zum Stillstand zu bringen und zu einem kleinen Planeten oder Mond zusammenzuballen – das wäre ein merkwürdiges Untersuchungsobjekt. Es wäre wie eine Flüssigkeit oder ein Gas, würde ich denken, man könnte es passieren.
@userLTK DM „koppelt“: gravitativ, was AcidJazz meiner Meinung nach gesagt hat. Ein DM-Klumpen von der Größe des Mondes wäre in der Tat unsichtbar (außer durch Linsen, die ziemlich schwach wären), und Sie könnten ihn passieren (oder, was wahrscheinlicher ist, ihn umkreisen). Es wäre etwas gasartig: Es würde aufgrund der dynamischen Reibung einen Luftwiderstand geben, aber es würde sich sicherlich nicht wie Luft oder so anfühlen.
@userLTK danke dafür, bitte verzeihen Sie die verstümmelte Terminologie. Ich gehe davon aus, dass wir, da wir nicht wissen, was DM ist, keine seiner Eigenschaften außer der Schwerkraft kennen, aber könnten wir sagen, dass es viel davon gibt, aber es tut es Schwerkraft nicht so sehr spüren , also gleicher Gesamteffekt, sagen wir für Gravitationslinsen. Tut mir leid, ich möchte überhaupt nicht in die Nähe des Randgebiets gehen, kann es nur nicht richtig formulieren
@KyleOman von Paar Ich meine, fühle die Wirkung von, bin mir nicht sicher, ob die absolut strenge Definition zu verwenden ist. Woher wissen wir, dass es nicht klumpt? Danke
@AcidJazz Es verklumpt, aber auf sehr charakteristische Weise - man kann nichts bekommen, das wie ein Planet / Mond aussieht. Irgendwo auf dieser Seite gibt es eine Frage, die es gut erklärt ...
@ Kyle Oman, verzeihen Sie meine schlechte Physik, und ich denke, Sie haben wahrscheinlich Recht, es wäre wie Luft, die Sie nicht fühlen könnten - was seltsam klingt, und ich liebe Ihr "Orbit through it" -Beispiel, das klingt auch richtig und es sehr gut könnte völlig unsichtbar sein. Ich bin neugierig, wie groß die Masse dunkler Materie eines Mondes wäre, wenn sie durch die Schwerkraft zusammengehalten würde, was an und für sich unmöglich aufzustellen wäre. Es ist ein kurioses Gedankenexperiment.
@KyleOman Das ist in Ordnung, es liegt an mir, zu graben
@KyleOman vielen Dank, dies ist einfach zu folgen physical.stackexchange.com/questions/174977/…
@AcidJazz in meiner Antwort unten verlinkt. Disclaimer: die Antwort dort ist auch von mir...
Hach, schönes Timing.

Antworten (1)

Im „mikroskopischen“ Sinne hängt die Entstehung der Sonne und des Sonnensystems nicht stark von dunkler Materie ab. Wenn man die Dinge auf der Skala von GMCs betrachtet , kann man eine Jeans-instabile Situation bekommen, die zur Sternentstehung führt, ohne Dunkle Materie hervorzurufen.

Es gibt jedoch einen viel früheren Schritt in der Geschichte des Universums, der dunkle Materie benötigt. Im frühen Universum nach der Inflation haben Sie eine nahezu homogene Verteilung dunkler Materie und (natürlich im gleichen Raum) eine nahezu homogene Verteilung von Baryonen. Stellen Sie sich eine Region vor, die zufällig etwas dichter als der Durchschnitt ist: Materie in dieser Region beginnt zu kollabieren, relativ zu ihrer Umgebung, der Dichtekontrast wird zunehmen. Die Baryonen sind stark an die Photonen gekoppelt; Der Strahlungsdruck + der hydrostatische Druck nehmen zu, wenn die Region komprimiert wird, wodurch die kollabierende Region "zurückprallt". In ähnlicher Weise möchte sich eine Region mit geringer Dichte ausdehnen, aber der Druck fällt ab und sie zieht sich wieder zusammen. Die Baryonendichte an einem bestimmten Punkt oszilliert also (relativ zum Mittelwert, die mit zunehmender Zeit immer abfällt) in charakteristischer Weise. Der Fachbegriff istBaryonische akustische Schwingungen (BAOs).

Die dunkle Materie hingegen spürt keine Druckunterstützung und kann einfach kollabieren und dichte Strukturen bilden, die "Haloes" genannt werden (die ungefähr kugelförmig sind). Bis das Universum kühl genug ist, dass sich Elektronen mit Protonen zu neutralem Wasserstoff verbinden und für die Photonen transparent werden, hat sich die dunkle Materie stark verklumpt. Bei dieser Rekombination hört das Gas plötzlich auf, den Strahlungsdruck zu spüren, und beginnt, in die Halos aus dunkler Materie zu kollabieren, wodurch schließlich Galaxien entstehen.

Ohne das „Rückgrat“ der dunklen Materie, das während der BAOs gebildet wurde, ist es schwierig zu sagen, was passieren würde, weil Sie aufhören, über das wahre Universum zu sprechen. Abhängig von der Kosmologie des jetzt hypothetischen Universums, das Sie wählen, könnte das Gas niemals in dichte Strukturen kollabieren, sondern nur diffus bleiben und langsam zusammen mit dem Rest des Universums abkühlen, oder es könnte unter seiner eigenen Schwerkraft kollabieren, aber sich bilden Galaxien entlang einer Struktur, die durch ihre eigene Schwerkraft definiert ist, anstatt der bereits vorhandenen Struktur der Dunklen Materie.

In diesem Sinne ist dunkle Materie also notwendig für die Bildung der Milchstraße im Universum, wie wir es kennen, was natürlich später zur Bildung des Sonnensystems führt.

Übrigens haben wir starke Beweise dafür, dass BAOs tatsächlich passiert sind und nicht nur in den Fieberträumen von Theoretikern sind .

Fußnote zu Ihrem Punkt 3: Eine Galaxie ist plausibel eine stabile Struktur ohne einen Halo aus dunkler Materie, aber der Halo ist erforderlich, um die Rotationsgeschwindigkeit in den Außenbezirken von Galaxien zu erklären.

Fußnote zur Verklumpung dunkler Materie - dunkle Materie kann nur kollabieren, bis sie virialisiert wird , was eine Grenze dafür setzt, wie dicht eine Struktur einer bestimmten Masse werden kann. Sie können einen Klumpen dunkler Materie von Mondmasse haben, aber er wird viel ausgedehnter sein als der Mond. Sie können einen mondgroßen Klumpen dunkler Materie haben, aber er wird viel weniger massiv sein als der Mond. Sie können keinen Klumpen dunkler Materie von der Größe des Mondes mit der Masse des Mondes haben.

bit.ly/1FsgbXJ vielen Dank, Kyle, ich dachte, Sie würden den Link zu Peebles und Ostrikers Buch aus den 1970er Jahren über die Notwendigkeit eines Heiligenscheins wegtippen. Ich denke, ich könnte ihren Punkt verstümmelt haben genug danke
@AcidJazz Ja, Galaxien würden ohne einen DM-Halo nicht genau so aussehen, aber die allgemeine Struktur von Gasscheibe + Sternscheibe + Spiralarmen benötigt nicht unbedingt den Halo, afaik. Vielleicht gefällt Ihnen auch physical.stackexchange.com/questions/69949/… (beide Antworten).
Hat Dunkle Materie die Entstehung des Sonnensystems verursacht?
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