Karanlık madde gezegenler, galaksiler vb. Şeklinde bulunabilir mi?

Eğer karanlık madde yerçekimi normal madde gibi ise, bu aynı zamanda gezegenler, güneş sistemleri vb. De oluşturabileceği anlamına mı gelir? Herhangi bir cevap takdir edilecektir.

Gezegenler ve yıldızlar, hayır. Küresel kümeler ve galaksiler, evet.

Küçük ölçekler

Gezegenler, yıldızlar ve hatta daha yaygın yıldız oluşturucu bulutlar gibi nispeten kompakt nesnelere yoğunlaşmak için, parçacıkların enerjilerini dağıtabilmesi gerekir. Bunu yapmazlarsa, hızları herhangi bir şey oluşturmalarını engeller.

"Normal" parçacıklar, yani atomlar, bunu çarpışarak yaparlar. Atomlar çarpıştığında, heyecanlanırlar ve heyecanlarını körüklediklerinde, sistemi terk eden ve enerjiyi taşıyan radyasyon yayarlar. Bu şekilde, bir parçacıklar topluluğu daha az enerjik bir sistemde gevşeyebilir, sonunda örneğin bir yıldıza yoğuşabilir. Ayrıca, çarpışmalar daha enerjik parçacıkların daha az enerjik olanlara enerji bağışlamasına neden olur, bu da topluluğun termodinamik dengeye ulaşmasını sağlar , yani tüm parçacıklar ortalama olarak aynı enerjiye sahiptir.

Karanlık madde, tanım gereği, çarpışıp yayılamaz ve dolayısıyla yıldızlar ve gezegenler gibi küçük ölçeklerde, belirli bir enerji ile potansiyel bir kuyuya giren parçacıklar bu enerjiyi koruyacaktır. Böylece merkeze doğru hızlanacaklar, daha sonra merkeze en yakın yaklaşımından sonra yavaşlayacaklar ve nihayet sistemi daha önce olduğu gibi aynı enerjiyle bırakacaklar (eğer başlangıçta bağlı değilse). Bu, çarpışmayan maddenin böyle küçük nesneler oluşturmasını imkansız hale getirir.

Büyük ölçekler

Ancak gökada ölçeğinde, çeşitli gevşeme mekanizmaları karanlık maddenin yapı oluşturmasına izin verir. Bu, Milenyum Simülasyonu gibi Evrenin saf N-beden simülasyonlarında galaksileri görmenizin sebebidir. Bu yapıların boyutları çözünürlüğe bağlıdır, ancak milyonlarca Güneş kütlesi olarak ölçülür.

Gevşeme mekanizmaları şunları içerir:

Bu bir nevi gökada kolları sarılıyor, ama gerçek uzaydan ziyade faz uzayında.

Bu, parçacıklar o kadar yakınlaştığında yörüngeleri katlanarak değişir.

Yukarıda gösterilen bu iki mekanizma sabit bir çekim potansiyel kabul ama sistem rahatlatır, ek gevşeme işlemine sebebiyet veren, değiştirir. Örneğin, daha büyük parçacıklar daha hafif komşularına daha fazla enerji aktarma eğilimindedir ve bu nedenle yerçekimi potansiyelinin merkezine doğru batarak daha sıkı bir şekilde bağlanırlar. Bu etki kitle ayrımı olarak bilinir ve özellikle küresel yıldız kümelerinin evriminde önemlidir.$\Phi$$\Phi$

hızında bir pertürbasyon / dalga için , eğer bir parçacık ile birlikte gelirse , dalgayı geçecek, önce potansiyele düştükçe enerji kazanacak, ancak daha sonra tekrar tırmanırken aynı miktarda enerji kaybedecektir. Aynı şey dalga tarafından parçacıkları için de geçerlidir . Bununla birlikte, (yani dalga ile rezonansa yakın olan) partiküller net bir enerji kazancı veya kaybı yaşayabilir. Bir parçacık düşünün biraz daha büyük$v_p$$v\gg v_p$$v\ll v_p$$v\sim v_p$$v$$v_p$. Dalga ile etkileşime girerken fazına bağlı olarak, ya hızlandırılacak ve rezonanstan uzaklaşacak ya da yavaşlayacak ve rezonansa yaklaşacaktır. İkincisi dalga ile daha etkili bir şekilde etkileşir (yani daha uzun bir süre yavaşlar) ve ortalama olarak parçacıklarından net bir enerji transferi olacaktır . Ters partiküller için geçerlidir biraz daha küçük$v \gtrsim v_p$$v$$v_p$

Bu mekanizmalar hakkında daha fazla bilgiyi Mo, Bosch ve White'ın Galaxy Formasyonu ve Evrimi'nde okuyabilirsiniz .