Проблема с отсутствием барионов

редактировать

Проблема отсутствия барионов была связана с тем фактом, что наблюдаемое количество барионной материи не соответствовало теоретическим предсказаниям. Плотность барионов может быть ограничена в соответствии с нуклеосинтезом Большого взрыва и космическим микроволновым фоном. Наблюдения с помощью космического аппарата Planck в 2015 г. дали теоретическое значение для барионной материи 4,85% от содержимого Вселенной. Однако прямое сложение всей известной барионной материи дает барионную плотность чуть меньше половины этой плотности. Проблема недостающих барионов отличается от проблемы темной материи, которая по своей природе в основном небарионная.

Считается, что недостающие барионы находятся в теплом – горячем межгалактическом пространстве. средний (WHIM) (горячий межгалактический газ), недавние наблюдения дают сильную поддержку.

Содержание

1 Теоретические предсказания
2 Наблюдения
3 Разрешение
4 Ссылки

Теоретические предсказания

Плотность барионной материи может быть получена косвенно двумя независимыми методами.

Теория нуклеосинтеза Большого взрыва предсказывает наблюдаемое содержание химических элементов. Если барионов больше, то во время Большого взрыва должно быть больше гелия, лития и более тяжелых элементов. Согласие с наблюдаемыми содержаниями требует, чтобы барионная материя составляла 4–5% от критической плотности.
Вселенной. Подробный анализ небольших неоднородностей (анизотропии) в космическом микроволновом фоне (CMB), особенно второй пик. Детали являются техническими, но основаны на том факте, что барионная материя взаимодействует с фотонами и, следовательно, оставляет видимый отпечаток на CMB.

Ограничение CMB ( $Ω bh 2 = 0,02230 ± 0,00014 {\ displaystyle \ Omega _ {b} h ^ {2} = 0,02230 \ pm 0,00014}$ ${\ displaystyle \ Omega _ {b} h ^ { 2} = 0,02230 \ pm 0,00014}$ ) намного точнее, чем ограничение BBN ( $Ω bh 2 = 0,023 ± 0,002 {\ displaystyle \ Omega _ {b} h ^ {2} = 0,023 \ pm 0,002}$ ${\ displaystyle \ Omega _ {b} h ^ {2} = 0,023 \ pm 0,002}$ ), но они согласны.

Наблюдения

Плотность барионной материи может быть получена непосредственно путем суммирования всей известной барионной материи. Это в высшей степени нетривиально, поскольку, хотя светящуюся материю, такую как звезды и галактики, легко суммировать, барионная материя также может существовать в сильно несветящейся форме, такой как черные дыры, планеты и сильно диффузный межзвездный газ. Тем не менее, это все еще можно сделать, используя такие методы, как:

Достаточно диффузный, барионный газ или пыль были бы видны при свете звезд. Полученные спектры могут использоваться для определения массы между звездой и наблюдателем (нами).
Гравитационное микролинзирование. Если планета или другой темный объект перемещается между наблюдателем и удаленным источником, изображение источника искажается. Массу темного объекта можно определить на основе величины искажения.

До 2017 года результат составлял около 70% от теоретических предсказаний.

Разрешение

Отсутствующие Проблема барионов была объявлена решенной в 2017 году, когда две группы ученых, работавшие независимо друг от друга, смогли найти недостающие барионы в межгалактической материи. Утверждалось, что недостающие барионы существуют как горячие нити между парами галактик. Поскольку пряди диффузные и недостаточно горячие, чтобы испускать рентгеновские лучи, их трудно обнаружить. Группы использовали эффект Сюняева – Зельдовича для измерения плотности прядей. Если там присутствуют барионы, то некоторое количество энергии должно быть потеряно, когда свет космического микроволнового фона рассеивается от них. Они проявляются в виде очень тусклых пятен на CMB. Пятна слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть напрямую, но когда они накладываются на видимое распределение галактик, становятся заметными. Плотность нитей составляет примерно 30% от барионной плотности, точное количество, необходимое для решения проблемы.

Ссылки