Woher wissen wir, dass Dunkle Materie nicht einfach Neutrinos ist?

Welche Beweise gibt es dafür, dass dunkle Materie keine der bekannten Arten von Neutrinos ist?

Wenn ja, wie wäre das messbar?

Das wäre auch typisch für Neutrinos. Nie das tun, was sie sollen ...
Das ist eine sehr, sehr gute Frage, die ich mir all die Jahre gestellt habe.

Antworten (4)

Dunkle Materie kann heiß, warm oder kalt sein. Heiß bedeutet, dass die Teilchen der Dunklen Materie relativistisch sind (kinetische Energie in der Größenordnung der Ruhemasse oder viel höher), kalt bedeutet, dass sie nicht relativistisch sind (kinetische Energie viel geringer als die Ruhemasse) und warm liegt dazwischen. Es ist bekannt, dass die Gesamtmenge an dunkler Materie im Universum etwa das 5-fache der gewöhnlichen (baryonischen) Materie betragen muss, um die CMB, gemessen mit WMAP, zu erklären.

Kalte Dunkle Materie muss jedoch ein sehr bedeutender Bestandteil des Universums sein, um das Wachstum von Strukturen aus den kleinen Schwankungen im frühen Universum zu erklären, die zu Galaxien und Sternen heranwuchsen (siehe diese Referenz ). Somit wird auch kalte dunkle Materie benötigt, um die aktuell gemessenen galaktischen Rotationskurven zu erklären.

Nun beweisen die Neutrino-Oszillationsexperimente, dass Neutrinos eine von Null verschiedene Ruhemasse haben. Allerdings müssen die Restmassen noch sehr klein sein, sodass sie nur zur heißen Dunklen Materie beitragen könnten. Der Grund, warum sie nur heiße dunkle Materie sein können, liegt darin, dass angenommen wird, dass die Neutrinos im frühen heißen, dichten Universum zu dieser Zeit im thermischen Gleichgewicht mit der heißen gewöhnlichen Materie gewesen wären. Da die Ruhemasse der Neutrinos so klein ist, wären sie extrem relativistisch, und obwohl die Neutrinos bei der Expansion des Universums abkühlen würden, wären sie zum Zeitpunkt der Strukturbildung im frühen Universum immer noch sehr relativistisch gewesen. Sie können also nur im Hinblick auf das frühe Wachstum der Strukturbildung zu heißer Dunkler Materie beitragen. [Wegen der Expansion des Universums seitdem,

Laut dieser Quelle :

Aktuelle Schätzungen für den Neutrino-Anteil an der Masse-Energie-Dichte des Universums liegen unter Standardannahmen im Bereich 0,1 % <∼ ν <∼ einige %. Die Ungewissheit spiegelt unser unvollständiges Wissen über die Eigenschaften von Neutrinos wider.

Die meisten kosmischen Neutrinos machen also wahrscheinlich weniger als 10 % der gesamten Dunklen Materie im Universum aus. Außerdem muss der Großteil der restlichen (der Nicht-Neutrinos) 90 % der Dunklen Materie ebenfalls kalte Dunkle Materie sein – sowohl im frühen Universum als auch heute noch.

Ich habe aus dieser Antwort keine Ahnung, warum es nicht genug kalte Neutrinos geben kann, um galaktische Rotationskurven zu erklären
Wie können wir zum Beispiel sicher wissen, dass es nicht mehr kalte Neutrinos gibt, wenn ihr Wirkungsquerschnitt in nicht-relativistischen Bereichen erheblich abnimmt. Es könnten 10, 100 oder 10 Millionen mehr sein, als die Standardannahmen uns glauben machen würden
@lurscher - Entschuldigung, ich habe es vermasselt und hatte den gleichen Link im 2. und 3. Absatz. Ich habe das gerade korrigiert, also klicken Sie bitte auf den Link im 2. Absatz, um zu lesen, warum die Neutrinos nur heiße DM sind. Ihre Spekulation, dass der Wirkungsquerschnitt viel höher sein könnte, als es die aktuelle elektroschwache Theorie vermuten lässt, könnte wahr sein, aber das bedeutet dann, dass Neutrinos nicht das sind, was wir derzeit denken. Alles, was wir sagen können, ist, dass unser aktuelles Verständnis von Neutrinos bedeutet, dass sie nur zu heißem DM beitragen können und dass sie nicht das für die Strukturbildung benötigte kalte DM liefern können.
Ok, macht Sinn, solange wir glauben, dass Neutrinos keine zusätzlichen Kräfte haben, die sie bei niedrigen Energien zusammenballen lassen.
Neutrino-HDM wird durch großräumige Strukturbeobachtungen ausgeschlossen.
@user12345 - Sprechen Sie über ein kürzlich veröffentlichtes neues Ergebnis? Ich sage schon in der Antwort, dass CDM "notwendig ist, um das Wachstum von Strukturen zu erklären...". Sagst du etwas anderes als das?
Ich bezog mich auf die Top-Down-Strukturbildung (aus Blinis), die auftreten würde, wenn v s waren HDM, im Gegensatz zur Bottom-up-Formation aus CDM, die zu den Strukturen führt, die wir sehen. Es ist nicht neu, aber sie *sind* gut und wirklich ausgeschlossen, es sei denn v sind wie 10 eV und wir wissen nichts :D
Auch das glaube ich v Schwingungen „beweisen“ nur einen Massenunterschied, nicht eine Masse für alle drei Arten. Aber das ist ein bisschen pedantisch, sorry.
@ user12345 kein Problem, aber die drei gemessenen Massenunterschiede implizieren, dass mindestens die beiden schwersten Neutrinos Masse haben. Wahrscheinlich haben alle drei Masse...
Ja, es wäre sonst ein ziemlich seltsames Universum
Es ist nicht richtig zu behaupten, dass „ es bekannt ist, dass die Gesamtmenge an dunkler Materie im Universum etwa das 5-fache der gewöhnlichen (baryonischen) Materie betragen muss, um die CMB, gemessen durch WMAP, zu erklären. “ Dies wird vermutet ; es ist nicht "bekannt".
@HarryMacpherson Du liegst falsch. Hinter dem Standardmodell der Kosmologie steckt eine RIESIGE Menge an Beweisen, und das Standardmodell sagt DM = 5 x gewöhnliche Materie. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Lambda-CDM_model . Das CMB allein macht einen großen Teil der Beweise aus, aber es gibt auch viele andere Quellen. Diese Menge an Beweisen geht weit über das Niveau von "Vermutungen" hinaus.
Nein, @FrankhH, du liegst falsch. Sie sagen: „ Es gibt eine RIESIGE Menge an Beweisen hinter dem Standardmodell der Kosmologie und das Standardmodell sagt DM = 5 x gewöhnliche Materie. “ Das ist keine Grundlage für die Aussage „ es ist bekannt “, dass das Universum viel dunkle Materie enthält . Dunkle Materie wird gesucht, aber noch nicht gefunden. Seine Existenz wird vermutet. Es gibt mehrere andere Modelle, die keine Dunkle Materie benötigen .
@HarryMacpherson: Das genaue Partikel, das das DM-Partikel ist, ist unbekannt und wird gesucht, und seine Eigenschaften wurden nicht bestimmt. Es ist jedoch bekannt, dass das DM existieren muss und dass es Partikel sein müssen. Dafür gibt es eine Menge Beweise.
@FrankH - Es ist nicht bekannt, dass dunkle Materie existieren "muss" oder dass sie existiert. Selbst wenn es eine riesige Menge an Beweisen dafür gäbe (was es nicht gibt - was es gibt, ist eine riesige kombinierte Menge an Spekulationen plus Beweisen), würde das nicht "bekannt" machen, dass es existiert. Je größer die Suche danach ist, ohne es zu finden, desto mehr nimmt die Beweiskraft ab. Sie scheinen nicht die wissenschaftliche Methode anzuwenden, Hypothesen zu bilden und dann zu versuchen, sie zu widerlegen.
@HarryMacpherson - Es gibt neun allgemeine Beweisklassen für DM: 1. Galaxienrotationskurven, 2. Geschwindigkeitsstreuungen von Galaxien, 3. Galaxienhaufen und Gravitationslinseneffekt, 4. Kosmischer Mikrowellenhintergrund, 5. Himmelsvermessungen und baryonische akustische Schwingungen, 6 .Typ-Ia-Supernovae-Entfernungsmessungen, 7. Lyman-Alpha-Wald, 8. Strukturbildung, 9. Bullet Cluster. Jede dieser Klassen umfasst VIELE Einzelmessungen. Wenn das KEIN überwältigender Beweis für DM ist, dann weiß ich nicht, was Sie möglicherweise überzeugen könnte. Ich gebe auf. Du kannst das letzte Wort haben. Ich habe gekündigt.
@FrankH - Dunkle Materie wurde nicht beobachtet und daher ist ihre Existenz Spekulation - hypothetisch - wie viele Beweise es auch dafür gibt. Ich werde demselben Wikipedia-Artikel, aus dem Sie diese Punkte erhalten haben, das letzte Wort geben , indem ich die alternativen Hypothesen zitiere, die dieselben Beweise erklären würden wie die Hypothese der dunklen Materie: 1) Masse in zusätzlichen Dimensionen, 2) Topologische Defekte, 3) Modifizierte Schwerkraft, 4) Fraktalität der Raumzeit.
Der erste Link ist wieder kaputt. Ich würde wirklich gerne die Logik gegen kalte Neutrinos hier zusammengefasst sehen.
@quuxman - Ich habe den defekten Link entfernt und hinzugefügt, woran ich mich erinnere, war das Argument, was der Link gesagt hätte.
Neutrinos sind heute nicht relativistisch.
@RobJeffries - Haben Sie eine Referenz, die dies besagt? Ich glaube nicht, dass wir das genau wissen. Sie könnten Recht haben, wenn alle Neutrinomassen schwer genug sind, aber wir haben keine Beschränkungen für die Masse des leichtesten Neutrinos. Dieses Neutrino könnte also immer noch extrem relativistisch sein.
@RobJeffries - Selbst wenn alle heutigen Neutrinos nicht-relativistisch sind, könnten sie im frühen Universum immer noch relativistisch gewesen sein, als kalte dunkle Materie benötigt wurde, um das Wachstum von Strukturen zu bewirken.
@FrankH Ja, Neutrinos sind heiße dunkle Materie, weil sie in einer Epoche sehr relativistisch waren , als der Horizont die Massen der kosmischen Strukturen enthielt, auf die man sich bezieht.
@FrankH Das massereichste Neutrino muss mehr als 0,04 eV haben. Die Summe aller drei wurde auf 0,3 bis geschätzt < 2 eV. Aktuelle Neutrinotemperatur 1,95 K. So k T / m v c 2 ∼ 10 − 3 , also nicht sehr relativistisch. Was mit dem leichtesten passiert, ist eigentlich egal, da die Aromen oszillieren.
@RobJeffries - danke für die Aufklärung. Ich korrigiere meine Antwort...
@RobJeffries: " Neutrinos sind heute nicht relativistisch. " - Meinen Sie damit, dass ursprüngliche Neutrinos (die während oder kurz nach dem Urknall produziert wurden) heute nicht relativistisch sind? Sind nicht alle Neutrinos, die wir derzeit nachweisen können (von der Sonne, von Kernreaktoren, kurz von SN 1987A usw.) relativistisch – vor allem, weil wir derzeit keine Neutrinos mit niedrigeren Energien nachweisen können?
@KeithThompson Ja, ich war schlampig. Ich meine, dass primordiale Neutrinos jetzt nicht hochgradig relativistisch sind. Neutrinos von Sternen, Supernovae etc. sind .
@RobJeffries: Cooles Zeug, danke. Weitere Informationen: en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_neutrino_background

Heiße Dunkle Materie könnte teilweise Neutrinos sein - aber sie interagieren (wahrscheinlich) nicht genug, um für die anfängliche Galaxienbildung verantwortlich gewesen zu sein.

Täusche ich mich in der Schlussfolgerung, dass sie auch Galaxienrotationskurven nicht erklären könnten? Diese deuten auf eine Halo-Verteilung dunkler Materie um die Zentren von Galaxien hin. Neutrinos hätten diese räumliche Verteilung nicht, weder bei der Bildung im Urknall noch bei späteren Kernreaktionen.
@MSalters: Das ist im Wesentlichen der Grund, warum Menschen zwischen heißer und kalter dunkler Materie unterscheiden. Um sowohl die Struktur des Kosmos als auch die Rotationskurven zu erklären, muss es ausreichend kühl sein, um sich in/um Galaxien anzusammeln.
@MSalters Ihre Frage verdient eine weitere Diskussion. Die aktuellen Schätzungen der Neutrinomasse machen sie jetzt nicht-relativistisch und können von Galaxien und Haufen eingefangen werden. Abhängig von der genauen Neutrinomasse könnte man um große Galaxien Neutrinodichteerhöhungen von Faktoren von 10 haben.
Diese Verbesserung würde jedoch immer noch nicht annähernd die Masse liefern, die zur Erklärung der Rotationskurven von Galaxien erforderlich ist.
" sie interagieren (wahrscheinlich) nicht genug " aufgrund hoher Geschwindigkeiten?

Neutrinos vom Urknall wurden auf ~2K = ~0,0002 eV rotverschoben, was erheblich niedriger ist als die derzeit beste Obergrenze der Neutrino-Ruhemasse (0,1 eV). Wir haben keine Möglichkeit, den Neutrinofluss bei dieser niedrigen Energie direkt nachzuweisen, und die indirekten Methoden, ihn abzuleiten, sind bestenfalls versuchsweise. Primordiale Neutrinos könnten also tatsächlich ein wesentlicher Bestandteil der Kalten/Warmen Dunklen Materie sein. Wir wissen es nicht.

Wenn Sie von „Neutrinos aus dem Urknall“ sprechen, welche Geschichte haben Sie damit im Sinn? Hätten sie eine Zeit des thermischen Gleichgewichts durchlaufen und wären dann entkoppelt worden? Wenn ja, wäre ihre Häufigkeit dann nicht durch die bekannte Teilchenphysik eingeschränkt?
Diese Obergrenze wäre extrem hoch wegen der extrem geringen Wahrscheinlichkeit von Neutrinos, mit irgendetwas zu interagieren. Und eine solche Obergrenze sollte mit großer Vorsicht genommen werden, bis jemand QM mit Relativitätstheorie vereint. Ich erinnere mich, dass man ein Lichtjahr Blei brauchen würde, um etwa die Hälfte des Neutrinoflusses zu blockieren. Zufälligerweise würde die Masse eines kubischen Lichtjahrs Blei mit 11,3 g/cm^3 innerhalb einer Größenordnung der Gesamtmasse des beobachtbaren Universums liegen. Dh ein Neutrino müsste im Durchschnitt den größten Teil des Universums durchqueren, um resorbiert zu werden.
aber man bräuchte kein kubisches Lichtjahr Blei, um ein bestimmtes Neutrino zu blockieren, sondern nur ein Lichtjahr mal die Querschnittsfläche des Neutrinos. obwohl ich denke, was Sie sagen, ist, wenn Sie über alle ursprünglichen Neutrinos integrieren, müssen Sie ein kubisches Lichtjahr haben.
Aber die gleichen Berechnungen, die Ihnen die Temperatur geben, sagen Ihnen, wie viele es geben sollten und daher Ω v ∼ 0,003 .
Ja, diese Antwort ist nicht richtig, die Rechnung ergibt Ω h 2 ≃ ∑ ich m ich 93  MeV , siehe jede Rezension zu diesem Thema

Kalte Neutrinos, die zusammenklumpen, würden ein Fermi-Dirac-Kondensat bilden. Anders als bei Elektronen in einem Atom gäbe es keine gegenseitige Abstoßung und die Quantenzahlen könnten wirklich "astronomisch" ansteigen. Für ein großes Konzentrat wären alle außer den frühen Neutrino-Beiträgen alles andere als kalt. Ein solches Konzentrat würde sich wie ein riesiger schwerer Ball aus nicht beobachtbarer, sehr verdünnter Flüssigkeit verhalten, was genau das ist, was Sie in einer vergitterten Spiralgalaxie sehen, der Balken befindet sich in der Flüssigkeit, wobei g mit r variiert und die Spiralarme außerhalb liegen, vorbehaltlich der Umkehrung Quadratisches Gesetz. Kalte Neutrinos gibt es möglicherweise seit dem frühen Universum, aber eine andere Quelle könnten Schwarze Löcher sein, aus denen sie wie Hawkinge-Strahlung oder als Ergebnis der Akkretionsscheibenvernichtung am Ereignishorizont ausströmen.

Die Elektron-Elektronen-Abstoßung verändert die Atombesetzungszahl qualitativ nicht, sie macht die Atome nur etwas größer als sie sonst wären, nicht um den Faktor 10. Die Neutrinos werden hier nicht kalt angenommen, sie müssten es sich absurd langsam bewegen, damit das passiert. Neutrinos werden nicht von Hawking emittiert, bis das Schwarze Loch so klein wird wie die Compton-Wellenlänge des Neutrinos, die nicht unendlich ist (Neutrinos sind massiv).
Woher wissen wir, dass Dunkle Materie nicht einfach Neutrinos ist?
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