Холодная темная материя

В космология и физика, холодная темная материя (CDM ) - это гипотетический тип темной материи. Наблюдения показывают, что примерно 85% вещества во вселенной вселенной составляет темная материя, и лишь небольшая часть составляет обычную барионную материю, которая составляет звезды, планеты и живые организмы. Холод относится к тому факту, что темная материя движется медленно по сравнению со скоростью скорости света, в то время как темная означает, что она очень слабо взаимодействует с обычной материей и электромагнитным излучением.

Физическая природа CDM такова. в настоящее время неизвестно, и существует множество возможностей. Среди них - новый тип массивных слабо взаимодействующих частиц, первичных черных дыр и аксионов.

• 1 История
• 2 Формирование структуры
• 3 Состав
• 4 Проблемы
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература

Теория холодной темной материи была первоначально опубликована в 1982 году тремя независимыми группами. космологов: Джеймс Пиблз ; Дж. Ричард Бонд, Алекс Салай и Майкл Тернер ; и Джордж Блюменталь, Х. Пейджелс и Джоэл Примак. В обзорной статье 1984 г. Блюменталь, Сандра Мур, Фабер, Примак и Мартин Рис были развиты детали теории.

В теории холодной темной материи структура растет иерархически, при этом небольшие объекты сначала коллапсируют под действием собственной гравитации и 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 и в меньшей степени сейчас, структура соответствует формируются не иерархически (снизу вверх), а путем фрагментации (сверху вниз), при этом самые большие сверхскопления сначала образуются в виде плоских блиноподобных листов, а затем фрагментируются 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 лямбда-CDM ) как описанию того, как Вселенная произошла от гладкое начальное состояние в ранние времена (как показано космическим микроволновым фоновым излучением) к комковатому распределению галактик и их скоплений, которые мы видим сегодня - большие -масштабное строение Вселенной. Карликовые галактики имеют решающее значение для этой теории, так как были созданы мелкомасштабными флуктуациями плотности в ранней Вселенной; теперь они стали естественными строительными блоками, образующими более крупные структуры.

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

• Аксионы, очень легкие частицы с особым типом самовзаимодействия, которое делает их подходящими кандидатами для CDM. Теоретическое преимущество аксионов состоит в том, что их существование решает проблему сильной СР в квантовой хромодинамике, но частицы аксионов были только теоретизированы и никогда не обнаруживались.

• Массивные компактные гало-объекты (MACHOs), большие конденсированные объекты, такие как черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики, очень слабые звезды или не- светящиеся объекты, такие как планеты. Поиск этих объектов заключается в использовании гравитационного линзирования для обнаружения воздействия этих объектов на фоновые галактики. Большинство экспертов считают, что ограничения этих поисков исключают MACHO как жизнеспособного кандидата на темную материю.

• 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 WIMP включает попытки прямого обнаружения высокочувствительными детекторами, а также попытки производства WIMP на ускорителях частиц. Вимпы обычно считаются одними из самых многообещающих кандидатов в состав темной материи. Эксперимент DAMA / NaI и его преемник DAMA / LIBRA утверждали, что непосредственно обнаружили частицы темной материи, проходящие через Землю, но многие ученые остаются скептичными, поскольку никакие результаты подобных экспериментов не кажутся совместимыми. с результатами DAMA.

Возникло несколько несоответствий между предсказаниями парадигмы холодной темной материи и наблюдениями галактик и их кластеризации:

проблема каспиевого гало

Распределение плотности гало темной материи в моделировании холодной темной материи (по крайней мере, тех, которые не учитывают влияние барионной обратной связи) намного более пиковое, чем то, что наблюдается в галактиках при исследовании их кривых вращения.

103>проблема с отсутствующими спутниками

Моделирование холодной темной материи предсказывает большое количество небольших гало темной материи, более многочисленное, чем количество маленьких карликовых галактик, которые наблюдаются вокруг галактик, таких как Млечный Путь.

Проблема диска спутников

Карликовые галактики вокруг галактик Млечный Путь и Андромеды наблюдаются как вращающиеся 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 массивные галактики требовали множества слияний. Крупные слияния неизбежно создают классическую выпуклость. Напротив, около 80% наблюдаемых галактик не показывают таких выпуклостей, а гигантские галактики из чистого диска - обычное дело. Эта доля без выпуклости была почти постоянной в течение 8 миллиардов лет.

Для некоторых из этих проблем были предложены решения, но остается неясным, могут ли они быть решены без отказа от парадигмы CDM.

• Fuzzy cold темная материя
• Горячая темная материя
• Мета-холодная темная материя
• Модифицированная ньютоновская динамика
• Самовзаимодействующая темная материя
• Теплая темная материя

• Бертоне, Джанфранко (2010). Частица темного вещества: наблюдения, модели и поиски. Издательство Кембриджского университета. п. 762. ISBN 978-0-521-76368-4.