อัตราส่วนสสารดั้งเดิมต่อสสารมืดนอกกาแลคซี

ลองคิดว่าแผนภาพที่โดดเด่นนี้จากคำถามอื่น

ในการเริ่มต้นกับกาแลคซีมีความหนาแน่นโดยทั่วไป D. พื้นที่ของอวกาศมีความหนาแน่นต่ำกว่ามาก

ดังที่เราทราบ: ในกาแลคซี (ที่มีความหนาแน่น D) สิ่งส่วนใหญ่เป็นสสารมืด สมมติว่าเพื่อความสะดวกคือ 10: 1

ดังนั้นอัตราส่วนของสสารมืดในกาแลคซีคือ (เราจะบอกว่า) 10: 1

แต่นี่คือสิ่งที่ฉันไม่สามารถหาคำอธิบายได้ทุกที่:

(1) ในอวกาศ ก่อนอื่นมีสสารมืดบ้างไหม? หรือเราเชื่อว่าสสารมืดมีอยู่เพียงแค่ในกาแลคซีเท่านั้น ไม่ได้อยู่ระหว่าง

(2) หากมีสสารมืดระหว่างกาแลคซี เรารู้หรือเชื่อหรือไม่: อัตราส่วนของสสารมืดนั้นอยู่ที่นั่น? ในความเป็นจริงมันเป็นอัตราส่วนเดียวกัน (พูด 10: 1) ในกาแลคซีหรือไม่? หรือมันอาจจะโดดเด่นกว่าหรืออาจจะโดดเด่นน้อยกว่ากัน อัตราส่วนคืออะไร?

(3) หากมีสสารมืดอยู่ทุกที่ กาแลคซีมีอยู่ในเส้นใยและผนัง สสารมืดทำเช่นนี้หรือไม่? หรือแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมอ?

คำตอบสั้น ๆ สำหรับคำถามของคุณคือไม่ไม่มีสสารมืดระหว่างกาแลคซีอย่างน้อยก็ในทุกระดับ

มีเรื่องธรรมดาระหว่างกาแลคซีเรียกว่าสื่อกลาง (IGM) IGM เป็นก๊าซร้อนเจือจางอย่างยิ่งที่กระจายพื้นที่ระหว่างกาแลคซี ความหนาแน่นทั่วไปของ IGM นั้นประมาณหนึ่งอะตอมไฮโดรเจนต่อลูกบาศก์เมตรและอุณหภูมิอยู่ที่ไหนสักแห่งประมาณ 10 ^ 6 K อุณหภูมิสูงเหล่านี้ทำให้ IGM อยู่ในสมดุลแรงดันกับกาแลคซีใด ๆ และป้องกันไม่ให้ยุบลงในกาแลคซี

อย่างไรก็ตามสสารมืดนั้นเย็นและขาดการสนับสนุนแรงดันของก๊าซใน IGM ดังนั้นจึงรวมตัวกับกาแลคซี [1] ความแตกต่างที่น่าสนใจระหว่างสสารมืดและสสารสามัญคือสสารมืดนั้นไม่มีกลไกการทำความเย็นใด ๆ ผลก็คือเมื่อสสารสามัญทรุดตัวลงบนกาแลคซีมันสามารถทำให้เย็นและควบแน่นในพื้นที่ที่ค่อนข้างกะทัดรัดและก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ในภายหลัง อย่างไรก็ตามสสารมืดยังคงยืดเยื้อเพราะไม่มีทางที่จะกำจัดพลังงานศักย์โน้มถ่วงของมัน กาแลคซีจึงมีรัศมีสสารมืดจำนวนมากซึ่งอัตราส่วนของสสารมืดต่อสสารปกติเพิ่มรัศมีกาแล็กซี่เพียงไม่กี่จุดออกจากใจกลาง ภายในกาแลคซีนั้นสสารสามัญนั้นมีความสำคัญอย่างน้อยที่สุด

คำถามที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือสสารมืดอยู่ในอวกาศระหว่างอวกาศหรือไม่โดยไม่มีกาแลคซีโฮสต์ที่เกี่ยวข้องที่ใจกลาง เท่าที่เราสามารถบอกได้คำตอบสำหรับสิ่งที่ดูเหมือนจะไม่มีหรืออย่างน้อยโครงสร้างดังกล่าวจะต้องค่อนข้างเล็กและหายากอย่างยิ่ง มีกาแลคซีแคระ (เพียง 10 ^ 6 มวลดวงอาทิตย์หรือมากกว่านั้น) ซึ่งมีสสารมืดขนาดมหึมา (มากสัดส่วนตามขนาดเมื่อเทียบกับทางช้างเผือก) แต่เกือบทุกรัศมีดูเหมือนว่าจะมีเรื่องธรรมดาอยู่บ้าง ไม่ว่าจะอ่อนแอแค่ไหน

ช่องว่างของจักรวาลเป็นตัวอย่างที่รุนแรงยิ่งกว่าเดิม ช่องว่างถูกครอบงำด้วยพลังงานมืดและดังนั้นจึงขยายตัวเร็วกว่าส่วนที่เหลือของจักรวาล ช่องว่างมีแนวโน้มที่จะผลักดันเรื่องใด ๆ (มืดหรืออย่างอื่น) เข้าไปในผนังที่แยกพวกเขาออกจากช่องว่างที่ล้อมรอบ ในความเป็นจริงจักรวาลทำจากช่องว่างและทุกสิ่งที่เรารู้อยู่บนผนังและเส้นใยที่แยกพวกมันออก กระดาษนี้ตรวจสอบสสารมืดในรัศมีช่องว่างของจักรวาลและพบว่าไม่มีสิ่งใดเลย กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาพบว่าสสารมืดในรัศมีช่องว่างของจักรวาลมีกาแลคซีที่เป็นโฮสต์อยู่บ่อยเท่าสสารมืดที่อยู่นอกรัศมีช่องว่างของจักรวาล

[1]: เพื่ออวดความรู้แจ้งฉันไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีสสารมืดอยู่สองสามดวงที่สสารในอวกาศ แต่ฉันจะแปลกใจถ้าความหนาแน่นของมันเกินความหนาแน่นของสสารธรรมดาใน IGM

ให้ฉันดูว่าฉันสามารถตอบคำถามนี้อย่างน้อย

1. ใช่มีสสารมืดระหว่างกาแลคซี นี่คือการแสดงความเป็นจริงที่ว่าในกลุ่มกาแลคซีและกลุ่มคุณจะต้องมากขึ้นสารมืดกว่าที่พบในกาแลคซี่ของตัวเองที่จะอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในแง่ของเหตุผลที่กลุ่มหรือกลุ่มจะผูกพันแรงโน้มถ่วงทั้งๆที่มีความเร็วมากของ กาแลคซีภายในกลุ่ม / กลุ่ม; ทำไมก๊าซ X-ray ที่เปล่งออกมาในกระจุกนั้นร้อนและแรงดันสูงและยังคงกักอยู่ในกระจุก และเพื่ออธิบายเลนส์โน้มถ่วงของกาแลคซีพื้นหลังโดยกระจุกดาว (สนับสนุนโดยการสังเกตสิ่งต่าง ๆ เช่นผลกระทบของ Sunyaev-Zeldovich ในกลุ่ม)

   (อันที่จริงหลักฐานที่เก่าแก่ที่สุดสำหรับสสารมืดคือความเร็วสูงสุดของกาแลคซีภายในกระจุกที่วัดโดย Fritz Zwicky ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 1930 นี่เป็นหนึ่งในโหมดความล้มเหลวของ Modified Newtonian Dynamics ทางเลือกหนึ่งสำหรับสสารมืด: แม้ว่า คุณคิดว่าคุณสามารถกำจัดสสารมืดในกาแลคซีได้คุณยังต้องการสสารมืดในกระจุกกาแลคซีนอกเหนือจากกาแลคซีเหล่านั้น)

   และแน่นอนว่าแบบจำลองทางดาราศาสตร์ระบุว่าสสารมืดคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 25% ของความหนาแน่นวิกฤตของเอกภพ ในการที่จะมีสสารมืดมากคุณต้องมีสสารมืดมากกว่าสิ่งที่อยู่ในกาแลคซีแต่ละแห่ง

2. "หากมีสสารมืดอยู่ระหว่างกาแลคซีเรารู้หรือเชื่อว่า: สสารของสสารมืดมีอยู่เท่าไหร่?" ฉันคิดว่าวิธีที่ง่ายที่สุดในการตอบคำถามนี้ก็คือการใช้อัตราส่วนมืด - สสาร / แบริออนสสารสำหรับจักรวาลโดยรวมตามที่กำหนดโดยการสังเกตและแบบจำลองทางดาราศาสตร์ในปัจจุบัน นี่ให้อัตราส่วนประมาณ 5: 1

3. กาแลคซีมีอยู่ในเส้นใยและผนังสสารมืดทำสิ่งนี้หรือไม่หรือมันแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมอ? ใช่สสารมืดทำเช่นนี้ เหตุผลที่เราเห็นกาแลคซีในเส้นใยกลุ่มและผนังเป็นเพราะสสารมืดได้รวมเข้าด้วยกันอย่างแรงโน้มถ่วงในโครงสร้างเหล่านั้น ในระดับนี้กาแลคซีก็พร้อมสำหรับการขี่ตามแรงโน้มถ่วงของสิ่งที่สสารมืดกำลังทำอยู่ เหตุผลสำหรับกาแลคซีที่มีอยู่ในเส้นใยเป็นเพราะการกระจายความหนาแน่นของสสารปกติและมืดทั่วทั้งจักรวาลไม่เท่ากัน ความหนาแน่นเกินกำหนดจะทำให้สสารยุบตัวเป็นกาแลคซี (ตัวอย่าง) แต่ความหนาแน่นเกินนั้นอาจไม่สมมาตร สิ่งนี้นำไปสู่การล่มสลายที่เกิดขึ้นเร็วขึ้นในทิศทางเดียวทำให้กาแลคซีก่อตัวเป็นเส้นใย (ดูเช่นเอกสารสรุปนี้สำหรับภาพรวม)

   หน้านี้มีภาพจากการจำลองจักรวาลขนาดใหญ่ (การจำลองมิลเลนเนียม) ส่วนใหญ่ของภาพที่แสดงให้เห็นโครงสร้างเส้นใยบนตาชั่งที่แตกต่างกันมีการแสดงสารมืดเท่านั้น