Холодная темная материя - Cold dark matter

В космологии и физике , холодная темная материя ( CDM ) является гипотетической тип темной материи . Наблюдения показывают, что примерно 85% материи во Вселенной - это темная материя, и лишь небольшая часть - это обычная барионная материя, из которой состоят звезды , планеты и живые организмы. Холод относится к тому факту, что темная материя движется медленно по сравнению со скоростью света , в то время как темная указывает на то, что она очень слабо взаимодействует с обычной материей и электромагнитным излучением .

Физическая природа CDM в настоящее время неизвестна, и существует множество возможностей. Среди них - новый тип слабовзаимодействующих массивных частиц , первичные черные дыры и аксионы .

История

Теория холодной темной материи была первоначально опубликована в 1982 году Джеймсом Пиблсом ; в то время как картина теплой темной материи была предложена независимо в то же время Дж. Ричардом Бондом , Алексом Салаем и Майклом Тернером ; и Джордж Блюменталь , Х. Пейджелс и Джоэл Примак . В обзорной статье 1984 года Блюменталя, Сандры Мур, Фабер , Примака и Мартина Риса были развиты детали теории.

Формирование структуры

В теории холодной темной материи структура растет иерархически, при этом небольшие объекты сначала коллапсируют под действием собственной гравитации, а затем сливаются в непрерывную иерархию, образуя более крупные и массивные объекты. Предсказания парадигмы холодной темной материи в целом согласуются с наблюдениями космологической крупномасштабной структуры .

В парадигме горячей темной материи , популярной в начале 1980-х годов и менее популярной сейчас, структура не формируется иерархически ( снизу вверх ), а формируется путем фрагментации ( сверху вниз ), при этом крупнейшие сверхскопления сначала образуются в плоских слоях, похожих на блины. и впоследствии распадается на более мелкие части, такие как наша галактика Млечный Путь .

С конца 1980-х или 1990-х годов большинство космологов отдают предпочтение теории холодной темной материи (в частности, современной модели Lambda-CDM ) как описанию того, как Вселенная вышла из гладкого начального состояния в ранние времена (как показывает космическое микроволновое фоновое излучение). к неравномерному распределению галактик и их скоплений, которое мы наблюдаем сегодня, - крупномасштабной структуре Вселенной. Карликовые галактики имеют решающее значение для этой теории, так как они были созданы мелкомасштабными флуктуациями плотности в ранней Вселенной; теперь они стали естественными строительными блоками, которые образуют более крупные структуры.

Сочинение

Темная материя обнаруживается по ее гравитационному взаимодействию с обычной материей и излучением. Таким образом, очень сложно определить, что входит в состав холодной темной материи. Кандидаты делятся примерно на три категории:

  • Слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP). В настоящее время не существует известной частицы с требуемыми свойствами, но многие расширения стандартной модели физики элементарных частиц предсказывают такие частицы. Поиск вимпов включает попытки прямого обнаружения высокочувствительными детекторами, а также попытки создания вимпов с помощью ускорителей частиц . Вимпы обычно считаются одними из самых многообещающих кандидатов в состав темной материи. DAMA / NaI эксперимент и его преемник DAMA / LIBRA заявили иметь непосредственно обнаруженные частицы темной материи , проходящих через Землю, но многие ученые по- прежнему скептически , потому что никакие результаты подобных экспериментов не кажется , совместимы с результатами DAMA.

Вызовы

Возникло несколько расхождений между предсказаниями парадигмы холодной темной материи частиц и наблюдениями галактик и их скоплений:

Проблема cuspy гало
Распределение плотности гало темной материи в моделировании холодной темной материи (по крайней мере, в тех, которые не учитывают влияние барионной обратной связи) намного более пиковое, чем то, что наблюдается в галактиках при исследовании их кривых вращения.
Проблема с пропавшими спутниками
Моделирование холодной темной материи предсказывает большое количество маленьких гало темной материи, более многочисленное, чем количество маленьких карликовых галактик, наблюдаемых вокруг таких галактик, как Млечный Путь .
Проблема с диском спутников
Наблюдается, что карликовые галактики вокруг галактик Млечный Путь и Андромеда вращаются в тонких плоских структурах, тогда как моделирование предсказывает, что они должны быть распределены случайным образом вокруг своих родительских галактик.
Проблема морфологии галактик
Если галактики росли иерархически, то массивным галактикам требовалось много слияний. Крупные слияния неизбежно создают классическую выпуклость . Напротив, около 80% наблюдаемых галактик не демонстрируют таких выпуклостей, а гигантские галактики из чистого диска - обычное дело. Эта безударная фракция была почти постоянной в течение 8 миллиардов лет.

Для некоторых из этих проблем предложены решения, но остается неясным, можно ли их решить без отказа от парадигмы CDM.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение