Kann die Sonne dunkle Materie gravitativ einfangen?

Ich denke, mein Titel bringt es auf den Punkt. Da wir denken, dass die dunkle Materie pseudosphärisch verteilt ist und mit allem anderen im galaktischen Potential umkreist, gehe ich davon aus, dass ihre Geschwindigkeit in Bezug auf die Sonne eine Verteilung mit einem Effektivwert von einigen 100 km/s haben wird.

Aber die Fluchtgeschwindigkeit an der Sonnenoberfläche beträgt 600 km/s. Bedeutet das also, dass die Sonne, obwohl sie spärlich ist, Teilchen der Dunklen Materie einfängt, wenn sie sich um die Galaxie bewegt? Wird es durch einfache Bondi-Hoyle-Akkretion eine Wolke aus Partikeln dunkler Materie ansammeln und in Ermangelung jeglicher unelastischer Wechselwirkungen einen Schwarm von Partikeln dunkler Materie in und um sich herum mit einer viel höheren Konzentration als der üblichen interstellaren Dichte umkreisen? Wenn ja, welche Dichte wäre das?

BEARBEITEN: Meine anfängliche Prämisse scheint unbegründet zu sein, da ein Teilchen der dunklen Materie, das in die Schwerkraft der Sonne fällt, genug KE erhält, um erneut zu entkommen. Wird es jedoch immer noch einen gravitativen Fokussierungseffekt geben, so dass die DM-Dichte in der Sonne höher sein wird?

Antworten (3)

Nun, wie alles andere, das von entfernten Teilen hereinkommt, geht es wieder hinaus, ohne entweder eine Drei-Körper-Impulsübertragung oder irgendeine Art von nicht-gravitativer Wechselwirkung.

Wenn Sie eine schwach wechselwirkende Form dunkler Materie annehmen, dann muss die Antwort meiner Meinung nach ja lauten, aber die Rate wird vermutlich durch den schwachen Wechselwirkungsquerschnitt Ihrer WIMPs gedrosselt.

Gibt es einen Einfangradius, in dem diese Dinger einfach in die Sonne knallen? Und wenn ja, was würde als nächstes passieren?
@floris Denken Sie an Neutrinos für die Skala der Querschnitte: Die meisten gehen direkt durch (unter der Annahme von WIMPs). Ich nehme an, Sie können die relevanten Aufprallparametergrenzen aus der Orbitalmechanik erhalten, aber ich gehe davon aus, dass sie nicht mehr als eine Größenordnung größer sind als der Dolorradius.
Aha. SCHWACH interagieren. Du hast es wirklich so gemeint, als du es gesagt hast...
Vielen Dank. Ich glaube, ich war hier ein bisschen dämlich. Sie erhalten die gleiche Menge an KE, die erforderlich ist, um das System wieder zu verlassen, richtig? Und das gilt für alle anfänglichen Relativgeschwindigkeiten. Doh!
@RobJeffries: Richtig, es ist leicht anzunehmen, dass die Schwerkraft Dinge zusammenkleben lässt, während sie sie tatsächlich nur auf einen Kollisionskurs bringt (oder einer Kollision näher kommt, als wenn es keine Anziehungskraft gäbe) und ihm die Möglichkeit gibt , zusammenzuhalten, wenn es kann potentielle/kinetische Energie dieses 2-Körper-Systems irgendwie in etwas anderes umwandeln.
Da WIMPs sehr schwach mit Materie interagieren, könnte sich der Halo aus dunkler Materie in die Erde hinein erstrecken
@ DOS4004 Sie können davon ausgehen, dass dies der Fall ist. Das eingefangene DM wird relativ zur Sonne eine Vielzahl von Energien haben, was bedeutet, dass ihr Aphel variieren wird. Tatsächlich haben die Menschen das terrestrische Wärmebudget als einen Ort betrachtet, um nach Beweisen für schwach wechselwirkende dunkle Materie zu suchen, aber ich glaube, dass die gesamte Kalium-40-Erwärmung immer noch zu schlecht quantifiziert ist, um die Grenze sehr interessant zu machen.

(bearbeitete Version. Mein Dank an Rob für die Klärung meiner Missverständnisse)

Wie dmckee schreibt, sind schwache Wechselwirkungen zwischen DM-Partikeln und Baryonen notwendig, um dunkle Materie einzufangen, sonst würden Partikel, die in das Sonnensystem eindringen, einfach durch dieses hindurch wandern und es schließlich wieder verlassen.

Genauer gesagt wird die lokale RMS-Geschwindigkeit von DM-Partikeln üblicherweise abgeschätzt, indem der DM-Halo mit einem isothermischen Kugelprofil mit einer Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung angenähert wird. Wenn σ die Geschwindigkeitsdispersion ist, dann kann man zeigen, dass die rms (DM) Geschwindigkeit ist v DM = 3 σ und die kreisförmige (Sonnen-) Geschwindigkeit ist v ⊙ ≈ 2 σ , so dass v DM ≈ 3 / 2 v ⊙ ≈ 270 km/s . Wenn sich Teilchen durch das Sonnensystem bewegen und in die Sonne eindringen, hat ihre Geschwindigkeit über die solare Fluchtgeschwindigkeit hinaus zugenommen. Wenn jedoch zwischen diesen Teilchen und Kernen in der Sonne eine ausreichende Streuung auftritt, könnten diese Wechselwirkungen ihre Geschwindigkeit verringern, sodass sie eingefangen werden und in der Sonne gefangen bleiben könnten.

Dies ist in der Tat ein aktives Forschungsgebiet, da eingefangene DM-Partikel je nach ihren Eigenschaften nachweisbare Auswirkungen haben könnten. Insbesondere deuten Modelle darauf hin, dass Teilchen mit geringer Masse (4 - 10 GeV), kleinen Annihilationsquerschnitten und großen spinabhängigen elastischen Streuquerschnitten die Kerntemperatur, den Energietransport und den Neutrinofluss der Sonne signifikant verändern könnten. Außerdem könnten sie einen beobachtbaren Einfluss auf die Sternentwicklung anderer Sterne haben. Daher können Vergleiche zwischen Sternmodellen und Beobachtungen die DM-Eigenschaften einschränken.

In den meisten Modellen wird der DM-Einfangprozess als eine Kombination aus Schwerkraft und spinabhängiger und spinunabhängiger elastischer Streuung in der Sonne betrachtet. Aber auch inelastische Streumodelle werden untersucht.

Die Literatur ist umfangreich (und nicht mein Fachgebiet), aber ich gebe ein paar Referenzen für weitere Informationen:

Das wegweisende Papier ist

Schwach wechselwirkende massive Teilchenverteilung in und Verdunstung von der Sonne (Gould, 1987)

Weitere interessante Artikel:

Leichte WIMPs in der Sonne: Einschränkungen aus der Helioseismologie

Wirkung massearmer Teilchen dunkler Materie auf die Sonne

Erste asteroseismische Grenzen der Natur dunkler Materie

Asymmetrische dunkle Materie und die Sonne

Übersicht über asymmetrische Dunkle Materie

und Verweise darin.

+1 und danke für die Referenzen, aber ich akzeptiere die Antwort nicht. Ich denke, @dmckee hat es richtig. Es muss einen unelastischen Prozess geben. Ein reiner Gravitationseinfang scheint unmöglich.
Ich nehme an, irgendeine dunkle Materie wird um die Planeten schleudern und auf diese Weise ihre Geschwindigkeit verringern.
Akzeptierte Modelle sagen voraus, dass dunkle Materie die meisten oder alle Galaxien umkreist. Ist es konsistent zu sagen, dass keine dieser Materie einzelne Sterne umkreist?
@RobJeffries Siehe meine Bearbeitung.
Ja ich sehe. Die elastische Streuung könnte also funktionieren, solange genügend Impuls auf das andere beteiligte Teilchen übertragen wird.
Nun, die ursprüngliche Frage war, ob es möglich ist, dunkle Materie gravitativ einzufangen. Eine Erklärung ist also wirklich notwendig, da andere meinen, dass dies nicht der Fall ist.
@RobJeffries Ah, ich verstehe endlich Ihren Standpunkt, und Sie haben Recht: Die DM-Partikel beschleunigen sich, wenn sie sich durch das Gravitationspotential der Sonne bewegen, daher ist die Streuung in der Sonne erforderlich, um ihre Geschwindigkeit zu verringern und sie einzufangen. Ich habe mir die Gleichungen genauer angesehen, und sie bestätigen dies. Ich werde meine Antwort anpassen. Prost.

Ihre Zahl von 100 km / s mag für die "Durchschnittsgeschwindigkeit" zutreffen, aber wahrscheinlich weit davon entfernt für die "root mean square" -Geschwindigkeit. Dunkle Materie kann – im Durchschnitt – das galaktische Potential mit allem anderen umkreisen, jedoch werden einzelne WIMPS eine viel höhere Geschwindigkeit haben, wodurch die v r m s sehr hoch. (diese hohe Geschwindigkeit folgt aus den Standardannahmen zu Wechselwirkungen mit dunkler Materie)

Sobald wir uns einig sind, dass sie einzeln so hohe Geschwindigkeiten haben, ist klar, warum ihr hoher Drehimpuls sie daran hindert, sich um die Sonne zu sammeln.

Ich sagte ein paar 100 km/s. Warum sollten sie sich im Umkreis der Sonne befinden, wenn sie viel höhere Geschwindigkeiten hätten?
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