Materie întunecată rece

Materia întunecată rece ( ing.  Materia întunecată rece , CDM ) este un presupus tip de materie întunecată , ale cărei particule se mișcă lent în comparație cu viteza luminii (conceptul de frig în modelul CDM) și interacționează slab cu materia obișnuită și electromagnetică. radiaţii (conceptul de întuneric în modelul CDM).modele). Se crede că aproximativ 84,54% din materia din univers este materie întunecată și doar o mică parte este materia barionică obișnuită care formează stelele, planetele și organismele vii.

Istoria dezvoltării teoriei

În 1982, trei grupuri independente de cosmologi au publicat articole despre teoria materiei întunecate reci: James Peebles , [1] John Bond , Alex Salai ; Michael Turner ; [2] și George Blumenthal , H. Pagels și Joel Primack [3] . Un articol de revizuire semnificativ despre detaliile teoriei a fost scris în 1984 de Blumenthal, Sandra Faber , Primak și Martin Rees [4] .

Conținutul teoriei

Formarea structurilor

În teoria materiei întunecate reci, creșterea structurilor are loc ierarhic, în timp ce obiectele la scară mică sunt primele care se prăbușesc sub influența autogravitației și se contopesc într-o structură ierarhică continuă pentru a forma structuri mai mari și mai masive. Sub paradigma materiei întunecate fierbinți, populară la începutul anilor 1980, structurile nu au crescut ierarhic, ci s-au format prin fragmentare, cele mai mari superclustere formându-se mai întâi în structuri plate și apoi împărțindu-se în părți mai mici, cum ar fi galaxia noastră Calea Lactee . Concluziile obținute în cadrul paradigmei materiei întunecate la rece sunt în acord cu observațiile structurilor la scară largă din Univers.

Model Lambda-CDM

Articolul principal: model Lambda-CDM

De la sfârșitul anilor 1980 - 1990, majoritatea cosmologilor au preferat teoria materiei întunecate reci (în principal modelul lambda-CDM ) pentru a descrie modul în care Universul dintr-o stare inițială relativ omogenă într-un stadiu incipient de dezvoltare (după cum arată distribuția cosmică ). radiația cu microunde ) a trecut la starea de distribuție zdrențuită modernă a galaxiilor și a clusterelor de galaxii . În teoria materiei întunecate reci, rolul galaxiilor pitice este esențial, deoarece acestea sunt considerate ca blocuri din care se formează structuri mai mari, create de fluctuațiile de densitate la scară mică în Universul timpuriu [5] .

Natura particulelor de materie întunecată

Materia întunecată este definită prin interacțiunea gravitațională cu materia obișnuită și radiația. Astfel, este dificil de determinat din ce componente constă materia întunecată rece. Obiectele candidate pot fi împărțite în trei grupuri.

• Axionii sunt particule foarte ușoare cu un tip special de interacțiune între ele [6] [7] . Axionii au avantajul teoretic că existența lor ar putea rezolva una dintre problemele cromodinamicii cuantice , dar până acum aceste particule nu au fost descoperite.

• Obiectele MACHO sau Massive Compact Halo sunt obiecte mari, dense, cum ar fi găurile negre , stele neutronice , pitice albe , stele foarte slabe sau obiecte neluminoase, cum ar fi planetele. Căutarea unor astfel de obiecte constă în utilizarea metodei lentilei gravitaționale pentru a detecta influența unor astfel de obiecte asupra imaginilor galaxiilor de fundal. Majoritatea experților consideră că limitările derivate din rezultatele căutării obiectelor îl exclud pe MACHO dintre candidații pentru obiectele de materie întunecată [8] [9] [10] [11] [12] [13] .

• WIMP: Materia întunecată poate fi făcută din particule masive care interacționează slab . Până acum, particulele cu proprietățile necesare nu au fost descoperite, dar multe extensii ale Modelului Standard prezic existența unor astfel de particule. Căutarea WIMP-urilor include încercări de a le detecta direct cu detectoare extrem de sensibile, precum și încercări de a le crea la acceleratoarele de particule. WIMP-urile sunt de obicei considerate ca fiind cei mai probabili candidați pentru componentele materiei întunecate [9] [11] [13] . Experimentul DAMA/NaI și experimentul DAMA/LIBRA ulterior au fost efectuate pentru a încerca să detecteze direct particulele de materie întunecată care trec prin Pământ, dar mulți oameni de știință sunt sceptici față de experimente, deoarece rezultatele unor proiecte similare nu sunt în concordanță cu rezultatele DAMA.

Dificultăți

Există mai multe discrepanțe între predicțiile modelului de materie întunecată rece și observațiile galaxiilor și clusterelor lor.

• Problema cuspy  halo : distribuția densității materiei întunecate în simulările care implică materie întunecată rece are un vârf mult mai pronunțat în partea centrală în comparație cu distribuția observată obținută din analiza curbelor de rotație a galaxiilor [14] .
• Problema sateliților lipsă : simulările de materie întunecată rece prezic un  număr mult mai mare de galaxii pitice decât se observă în jurul unor galaxii precum Calea Lactee [15] .
• Problema discului satelit: se observă că galaxiile pitice din jurul Căii Lactee și Nebuloasa Andromeda circulă în structuri subțiri plate, dar simulările arată că orbitele satelitilor trebuie să fie orientate aleatoriu [16] .
• Problema morfologiei galaxiilor: dacă galaxiile cresc ierarhic, atunci sunt necesare multe fuziuni pentru apariția galaxiilor masive. Fuziunile majore creează umflături clasice . Dar 80% dintre galaxiile observate nu au o umflătură, în timp ce există multe galaxii cu disc gigant fără umflătură [17] . Proporția galaxiilor fără umflătură a fost aproximativ constantă în ultimii 8 miliarde de ani [18] .

S-au propus soluții pentru unele probleme, dar rămâne neclar dacă problemele pot fi rezolvate fără a renunța la paradigma materiei întunecate reci [19] .

Note

1. ^ Peebles, PJE Temperatură de fond la scară largă și fluctuații de masă datorate perturbațiilor primitive invariante la scară  //  The Astrophysical Journal  : journal. - Editura IOP , 1982. - Decembrie ( vol. 263 ). - P.L1 . - doi : 10.1086/183911 . - Cod biblic .
2. ↑ Formarea galaxiilor într-un univers dominat de gravitino  // Physical Review Letters  : journal  . — Vol. 48 . - P. 1636-1639 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.48.1636 . - Cod .
3. ↑ Blumenthal, George R.; Pagels, Heinz; Primack, Joel R. Formarea galaxiei prin particule fără disipare mai grele decât neutrinii  //  Nature : journal. - 1982. - 2 septembrie ( vol. 299 , nr. 5878 ). - P. 37-38 . - doi : 10.1038/299037a0 . - .
4. ↑ Blumenthal, G. R.; Faber, S. M.; Primack, JR; Rees,, MJ Formarea galaxiilor și a structurii la scară largă cu materie întunecată rece  (engleză)  // Nature : journal. - 1984. - Vol. 311 , nr. 517 . - P. 517-525 . - doi : 10.1038/311517a0 . — Cod .
5. ↑ Battinelli, P.; S. Demers. Populația de stele C a DDO 190: 1. Introducere  // Astronomie și Astrofizică  : jurnal  . - Astronomy & Astrophysics, 2005. - 6 octombrie ( vol. 447 ). — P. 1 . - doi : 10.1051/0004-6361:20052829 . - Cod biblic . Arhivat din original pe 6 octombrie 2005.
6. ↑ ex. M. Turner . Atelierul Axions 2010, U. Florida, Gainesville, SUA.
7. ↑ ex. Pierre Sikivie . Cosmologie axionică, Lect. Note Fiz. 741, 19-50.
8. ↑ Carr, BJ și colab. Noi constrângeri cosmologice asupra găurilor negre primordiale  (engleză)  // Physical Review D  : jurnal. - 2010. - Mai ( vol. 81 , nr. 10 ). — P. 104019 . - doi : 10.1103/PhysRevD.81.104019 . — Cod . - arXiv : 0912.5297 .
9. ↑ 1 2 Peter, AHG (2012), Dark Matter: A Brief Review, arΧiv : 1201.3942v1 [astro-ph.CO]. 
10. ↑ Bertone, Gianfranco; Hooper, Dan; Mătase, Joseph Particule de materie întunecată :dovezi, candidați și constrângeri  // Rapoarte de fizică : jurnal. - 2005. - ianuarie ( vol. 405 , nr. 5-6 ). - P. 279-390 . - doi : 10.1016/j.physrep.2004.08.031 . - Cod biblic . - arXiv : hep-ph/0404175 .
11. ↑ 1 2 Garrett, Katherine; Duda, Gintaras. Dark Matter: A Primer // Progrese în astronomie. - T. 2011 . - S. 968283 . - doi : 10.1155/2011/968283 . - Cod biblic . - arXiv : 1006.2483 . . p. 3: „MACHO-urile pot reprezenta doar un procent foarte mic din masa neluminoasă din galaxia noastră, dezvăluind că cea mai mare parte a materiei întunecate nu poate fi concentrată puternic sau nu poate exista sub formă de obiecte astrofizice barionice. găurile negre și stele neutronice din haloul nostru galactic, alte forme de materie barionică pot alcătui cea mai mare parte a materiei întunecate? Răspunsul, surprinzător, este nu..."
12. ↑ Gianfranco Bertone, „Momentul adevărului pentru materia întunecată WIMP”, Nature 468, 389–393 (18 noiembrie 2010)
13. ↑ 1 2 Keith A Olive. Prelegeri TASI despre materia întunecată // Fizică. — Vol. 54. - S. 21.
14. ↑ Gentile, G.; P., Salucci. Distribuția cu miez a materiei întunecate în galaxiile spirale  (engleză)  // Anunțuri lunare ale Societății Regale de Astronomie  : jurnal. - Oxford University Press , 2004. - Vol. 351 . - P. 903-922 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2004.07836.x . - Cod . - arXiv : astro-ph/0403154 .
15. ↑ Klypin, Anatoly; Kravtsov, Andrey V.; Valenzuela, Octavio; Prada, Francisco. Unde sunt satelitii galactici lipsă? (engleză)  // The Astrophysical Journal  : jurnal. - Editura IOP , 1999. - Vol. 522 . - P. 82-92 . - doi : 10.1086/307643 . - Cod biblic . - arXiv : astro-ph/9901240 .
16. ↑ Marcel Pawlowski et al., „Co-orbiting satellite galaxy structures are still in conflict with the primordial dwarf galaxies” MNRAS (2014) https://arxiv.org/abs/1406.1799
17. ↑ Kormendy , J.; Drory, N.; Bender, R.; Cornell, M.E. Bulgeless Giant Galaxies Challenge Our Picture of Galaxy Formation by Hierarchical Clustering  //  The Astrophysical Journal  : journal. - Editura IOP , 2010. - Vol. 723 . - P. 54-80 . - doi : 10.1088/0004-637X/723/1/54 . — Cod biblic . - arXiv : 1009.3015 .
18. ↑ Sachdeva, S.; Saha, K. Survival of Pure Disk Galaxies over the Last 8 Billion Years  //  The Astrophysical Journal  : journal. - Editura IOP , 2016. - Vol. 820 . — P.L4 . - doi : 10.3847/2041-8205/820/1/L4 . — Cod biblic . - arXiv : 1602.08942 .
19. ↑ Kroupa, P.; Famaey, B.; de Boer, Klaas S.; Dabringhausen, Joerg; Pawlowski, Marcel; Boily, creștin; Jergen, Helmut; Forbes, Duncan; Hensler, Gerhard. Teste de grup local de cosmologie de concordanță a materiei întunecate: către o nouă paradigmă pentru formarea structurii  (engleză)  // Astronomie și astrofizică  : jurnal. - 2010. - Vol. 523 . - P. 32-54 . - doi : 10.1051/0004-6361/201014892 . - . - arXiv : 1006.1647 .

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)