Ist es möglich, dass dunkle Materie aus einer großen Anzahl von Neutrinos aus dem Urknall besteht? [Duplikat]

Kurze Antwort: Dunkle Materie scheint kalt zu sein , aber für jede vernünftige Neutrinomasse und Temperatur der Dunklen Materie wären Neutrinos relativistisch.

Es gibt mehrere Gründe, warum die drei bekannten Neutrinotypen (und ihre Antiteilchen) nicht die fehlende Dunkle Materie sein können.

Wir kennen jetzt ungefähr die Massen von Neutrinos. Die Summe für alle 3 beträgt etwa 0,3 eV und der schwerste muss größer als etwa 0,04 eV sein.

Wenn Sie ausrechnen, wie viele beim Urknall entstanden sind, und Sie davon ausgehen, dass sie nicht relativistisch sind (siehe unten), stellt sich heraus, dass ihre heutige Dichte (etwa 56 cm$^{-3}$für jede der sechs Arten) beträgt etwa ein Zehntel der leuchtenden Materie im Universum und etwa 0,3 % der Dichte, die erforderlich ist, um ein flaches Universum zu erzeugen, und bei weitem nicht die 25 %, die für einen Kandidaten für dunkle Materie erforderlich sind.

Die Neutrinos koppelten sich kurz nach dem Urknall von der restlichen Materie ab, als das Universum eine Temperatur von 0 hatte$10^9$K, und sie sind jetzt auf knapp unter 2 K abgekühlt. Somit haben aktuelle Hintergrund-Neutrinos$kT/mc^2\sim 10^{-3}$und sind nicht sehr relativistisch, aber immer noch zu schnell, um von einzelnen Galaxien eingefangen zu werden. Was jedoch wichtig ist, ist, dass, als sich großräumige Strukturen zu bilden begannen, als das Universum anfing$10^6$K, die Neutrinos waren sehr relativistisch (heiße Dunkle Materie). Solche Partikel würden die Struktur löschen und das Universum wäre nicht so, wie wir es heute sehen.

Selbst wenn Sie also einen Weg gefunden hätten, Neutrinos zusammenklumpen zu lassen (um den zweiten Einwand zu überwinden), gibt es nicht genug von ihnen, um den ersten Einwand zu überwinden.

Nicht wirklich, es gibt viele Modelle, in denen angenommen wird, dass dunkle Materie relativistisch und daher warm ist. Hier werden zum Beispiel einige Merkmale in Fällen diskutiert, in denen dunkle Materie aus sterilen Neutrinos oder leichten Gravitinos besteht. Dunkle Materie kann auch ein Mehrkomponentenfeld sein. Eine Antwort mit hoher positiver Wahrscheinlichkeit wäre, dass Dunkle Materie, sofern sie existiert und die Allgemeine Relativitätstheorie in der Form, wie wir sie heute kennen, gültig ist, nicht kalt, sondern nicht-relativistisch, also warm wäre.

Neutrinos wurden nicht nur beim Urknall erzeugt, sondern hörten nach einer Sekunde auf, mit baryonischer Materie zu interagieren, als die Temperatur des Universums ungefähr 10 Milliarden Kelvin oder 1 MeV betrug. Da Neutrinos eine Masse haben, beschränkt die Schwerkraft sie auf Galaxien. Alle Hauptreihensterne produzieren Neutrinos aus dem Fusionsprozess, und wenn sie nicht mit baryonischer Materie interagieren, besteht eine gute Chance, dass die meisten von ihnen noch vorhanden sind. Lisa Randall stellte die Hypothese auf, dass eine Scheibe aus „dunkler Materie“ quer durch die Milchstraße verläuft. Eine 180 Billionen Meilen lange "Scheibe des Todes", so berichtete die Sunday Times in einer Rezension ihres Buches über Dark Matter and the Dinosaurs. Es wird angenommen, dass die Erde alle 35 Millionen Jahre einen Gravitationsschub erhält, wenn sie eine Ausrichtung mit dieser Scheibe aus dunkler Materie durchläuft. Dies entspricht dem Denken an ein Dilemma, das von Jupiters Mond Io aufgeworfen wird. Da Io so weit von der Sonne entfernt ist, sollte es inzwischen abgekühlt sein, aber es scheint Vulkane auf der Oberfläche zu geben. Dies wurde mit der Tatsache in Verbindung gebracht, dass Io durch die Gravitationsausrichtung mit Jupiters anderen Monden regelmäßig um 100 Meter gestreckt wird. Es wird angenommen, dass Reibung die Ursache für die Vulkane auf Io ist, was effektiv bedeutet, dass sie möglicherweise allein durch die Schwerkraft als Energiequelle angetrieben werden. Lisa Randalls Scheibe aus dunkler Materie besteht wahrscheinlich aus allen Neutrinos in der Galaxie, die die Geschwindigkeitsbegrenzung einhalten. Da sie keine Energie gewinnen können, um die Zeit umzukehren, stecken sie in einer Galaxie fest, bis das Schwarze Loch in ihrem Zentrum etwas dagegen unternimmt. Dies wurde mit der Tatsache in Verbindung gebracht, dass Io durch die Gravitationsausrichtung mit Jupiters anderen Monden regelmäßig um 100 Meter gestreckt wird. Es wird angenommen, dass Reibung die Ursache für die Vulkane auf Io ist, was effektiv bedeutet, dass sie möglicherweise allein durch die Schwerkraft als Energiequelle angetrieben werden. Lisa Randalls Scheibe aus dunkler Materie besteht wahrscheinlich aus allen Neutrinos in der Galaxie, die die Geschwindigkeitsbegrenzung einhalten. Weil sie keine Energie gewinnen können, um die Zeit umzukehren, stecken sie in einer Galaxie fest, bis das Schwarze Loch in ihrem Zentrum etwas dagegen unternimmt. Dies wurde mit der Tatsache in Verbindung gebracht, dass Io durch die Gravitationsausrichtung mit Jupiters anderen Monden regelmäßig um 100 Meter gestreckt wird. Es wird angenommen, dass Reibung die Ursache für die Vulkane auf Io ist, was effektiv bedeutet, dass sie möglicherweise allein durch die Schwerkraft als Energiequelle angetrieben werden. Lisa Randalls Scheibe aus dunkler Materie besteht wahrscheinlich aus allen Neutrinos in der Galaxie, die die Geschwindigkeitsbegrenzung einhalten. Da sie keine Energie gewinnen können, um die Zeit umzukehren, stecken sie in einer Galaxie fest, bis das Schwarze Loch in ihrem Zentrum etwas dagegen unternimmt. s Scheibe aus dunkler Materie sind wahrscheinlich alle Neutrinos in der Galaxie, die die Geschwindigkeitsbegrenzung einhalten. Weil sie keine Energie gewinnen können, um die Zeit umzukehren, stecken sie in einer Galaxie fest, bis das Schwarze Loch in ihrem Zentrum etwas dagegen unternimmt. s Scheibe aus dunkler Materie sind wahrscheinlich alle Neutrinos in der Galaxie, die die Geschwindigkeitsbegrenzung einhalten. Da sie keine Energie gewinnen können, um die Zeit umzukehren, stecken sie in einer Galaxie fest, bis das Schwarze Loch in ihrem Zentrum etwas dagegen unternimmt.