Барионная и небарионная скрытая масса

[Pphantom]

А что тут отвечать? Некоторая подобная корреляция имеется (иначе бы о MOND давно все забыли). Но точность этой корреляции настолько плохая, что делать из этого однозначные и далеко идущие выводы можно разве что при очень большом энтузиазме (или плохом знакомстве с наблюдательной кухней).

[Munin]

Pphantom в сообщении #1338856 писал(а):

Но точность этой корреляции настолько плохая

Можно в этом месте с числами и ссылками? А то возражают именно на таком уровне.

[Geen]

https://arxiv.org/abs/1806.06803 - вроде бы по теме

Цитата:

Absence of a fundamental acceleration scale in galaxies

[Dmitriy40]

Что-то мне кажется что MOND, объясняя (ну даже допустим) кривые вращения галактик, не объясняет ни гравитационного линзирования, ни столкновений галактик (скопление Пуля), если даже не брать реликт (слишком много там модельно зависимых предположений). Вот и

вики про MOND писал(а):

Самыми сложными для объяснения в рамках МОНД считаются результаты о распределении масс газа, полученные по рентгеновскому излучению, и гравитирующих масс, полученные по гравитационному линзированию, в сталкивающихся скоплениях галактик, например, в скоплении Пуля. Если МОНД верна, и тёмной материи не существует, то распределения масс должны совпадать, что сильно противоречит наблюдениям. Хотя сторонники МОНД утверждают, что могут объяснить эти расхождения, большинство астрономов считают эти данные фальсифицирующим МОНД экспериментом.

Так что "закрыть" тёмную материю MOND вряд ли может. А тогда именно MOND становится излишней сущностью по Оккаму.

[Munin]

Geen
Спасибо!

Цитата:

In particular, the MOND theory, or any other theory that behaves like it at galactic scales, is ruled out as a fundamental theory for galaxies at more than $10\sigma.$

[Dmitriy40]

Здо́рово! 10 сигм, ух! Фактически закрывает MOND с аналогами для объяснений кривых вращения. А больше они ни для чего и не нужны.

[Pphantom]

Munin в сообщении #1338867 писал(а):

Можно в этом месте с числами и ссылками? А то возражают именно на таком уровне.

Уже успели выше.

[Munin]

Pphantom
Я думал, вы ещё приведёте :-)

[Anton_Peplov]

Munin в сообщении #1338023 писал(а):

Как раз на эту тему:

С. Попов. Первичные чёрные дыры.
https://www.youtube.com/watch?v=NhvK1oOLs_E
(видео 21 минута)
(Канал НаукаPRO)

Конспект-батяня, батяня-конспект,
В одном флаконе гешефт и респект!

С. Попов. Первичные чёрные дыры (видео 21 минута)
https://www.youtube.com/watch?v=NhvK1oOLs_E
(Канал НаукаPRO)

Конспект

История идеи

Идея первичных ЧД (ПЧД) появилась в конце 1960-х в работах Зельдовича и Новикова. Активно разрабатывалась Хокингом в начале 1970-х.

Эпоха образования первичных чёрных дыр

Примерно с $10^{-20} - 10^{-30}$ первой секунды до конца первой секунды.

Механизм образования первичных чёрных дыр

Возьмём Вселенную в указанную эпоху. Возьмём некоторую область повышенной плотности, образовавшуюся из-за квантовой флуктуации энергии инфлатона. Свяжем начало отсчёта с её центром.

Со временем эта область станет причинно-связанной, то есть сигнал от одного его края долетит до другого края. Тогда на движение каждой частицы в ней начнёт влиять гравитация всех остальных частиц в ней же. Теперь вся она может схлопнуться в чёрную дыру.

Насколько я понимаю, коллапс начинается одновременно с расширением горизонта частицы, а заканчивается, когда горизонт частицы охватит всю область, где плотность достаточно высока.

Должны ли существовать первичные чёрные дыры

Да, обязательно. Если в самом начале были какие-то флуктуации плотности, они обязаны были приводить к образованию ПЧД. А если бы их не было, не было бы и звёзд, галактик и всего того, что собралось вокруг этих затравочных неоднородностей.

Какие массы бывают у первичных чёрных дыр

От планковских до $10^5$ солнц. При этом лёгких гораздо больше, чем тяжёлых. Конкретную форму распределения Попов не указывает. Возможно, она степенная.

От чего зависит масса первичной чёрной дыры

Попов говорит, что от эпохи, в которую она сформировалась. Если ПЧД ранняя, то горизонт частицы в ту эпоху был маленьким, ПЧД формируется из маленькой причинно-связанной области и получается лёгкой.

Насколько я понимаю, речь идёт о том, в какую эпоху заканчивается коллапс ПЧД, ведь начинается он во всех областях повышенной плотности одновременно, в момент начала расширения горизонта частицы. А вот закончится он в разное время: чем больше область повышенной плотности, тем позже горизонт частицы охватит её всю и тем самым позже закончится коллапс.

Таким образом, точнее будет сказать, что масса ПЧД определяется размером исходной области повышенной плотности, и им же определяется момент окончания коллапса. Если, конечно, я всё понял правильно. Если не правильно, просьба объяснить.

Испарение первичных чёрных дыр

Скорость испарения тем выше, чем меньше масса ЧД, то есть испарение идёт с самоускорением и заканчивается буквально взрывом. Остаётся ли что-нибудь после этого, неясно. Есть гипотеза, что остаётся неустранимый остаток планковской массы и размера.

Минимальная масса ПЧД, которая могла бы дожить до наших дней – примерно $10^{15}$ г (крупный астероид). Попов не говорит, идёт ли речь о её исходной или современной массе и насколько вообще они отличаются для этого диапазона масс. При этом размером она с протон.

Собственно взрыв происходит, когда масса ЧД уменьшается до $10^{10}$ г (меньше маленькой кометы).

Наблюдательная ценность первичных чёрных дыр

1. ПЧД предоставили бы прямую информацию о процессах, происходивших в первые доли секунды жизни Вселенной (для сравнения: нуклеосинтез – минуты, реликтовое излучение – сотни тысяч лет).

2. Взрыв ПЧД помог бы проверить/построить теории квантовой гравитации. Например, в петлевой квантовой гравитации и теории струн эти процессы происходят по-разному.

Как наблюдателю открыть первичные чёрные дыры

1. Увидеть её финальный взрыв (вспышку).

1а. Гамма. Основная часть энергии излучается в гамма-диапазоне. Однако энергия взрыва невелика (напомним, что ЧД взрывается, когда достигает массы в $10^{10}$ г).
Существующие гамма-детекторы могут увидеть такую вспышку лишь с нескольких парсек и не дальше.

1б. Радио. Есть также гипотезы и расчёты, что они видны и в других диапазонах, в частности, в радио. Радиовспышка, если она есть, должна быть видна с килопарсека. Была даже гипотеза, что FRB – это таки они (сейчас она уже не популярна). Но вопрос о самом существовании радиовспышек при испарении ЧД дискутируется.

2. Найти диффузный гамма-фон от взрывов множества ПЧД. Он должен быть виден с больших расстояний, чем изолированная вспышка, вплоть до расстояний до ближайших галактик. Понятно, что ЧД должны кучковаться ближе к центру галактик. Там и ищут этот гамма-фон.

3. Увидеть лишние античастицы. При взрыве ЧД возникают протоны и электроны. Их не найти, потому что и без всяких ПЧД их кругом дофига. Но, поскольку ПЧД электрически нейтральна, возникают также позитроны и антипротоны. Антивещества во Вселенной мало, так что обнаружить дополнительный вклад – выполнимая задача. Существуют хорошие ограничения на пространственную плотность ПЧД, связанные с наблюдением античастиц.

4. Найти микролинзирование от ПЧД.
Чувствительности инструментов должно хватать для ЧД с массой от планеты и выше, но реально наблюдаются только эффекты от ЧД звёздных масс. Это накладывает жёсткие ограничения на количество ЧД дозвёздных масс. И, соответственно, на количество ПЧД, поскольку ЧД дозвёздных масс среди ПЧД должно быть гораздо больше, чем звёздных. К слову, никакого другого механизма образования ЧД дозвёздных масс вообще не известно, так что если их найдут любым способом, то это будут ПЧД.

5. Найти гравитационные волны от слияния ПЧД. В частности, в этом подозревали первое событие на LIGO, ибо с точки зрения звёздной эволюции параметры этого события были необычными (но не необъяснимыми).

6. Есть другие методы (Попов их не называет). Но понятно, что все они пока дали только ограничения сверху на пространственную плотность ПЧД. Иначе мы бы все об этом услышали.

Резюме

1. Согласно любой разумной космологической модели, ПЧД есть, их не может не быть.
2. А вот сколько их, теоретики не могут сказать с уверенностью.
3. Наблюдатели установили жёсткие ограничения сверху на их пространственную плотность.
4. Из этих ограничений, в частности, следует, что ПЧД составляют ничтожно малую долю скрытой массы.
5. Если ПЧД когда-нибудь найдут, это будет круто для космологов, специалистов по квантовой гравитации и т.д.

Конец конспекта.

[KVV]

Цитата:

In particular, the MOND theory, or any other theory that behaves like it at galactic scales, is ruled out as a fundamental theory for galaxies at more than $10\sigma.$

Ну наконец-то. : )
Я, конечно, многого не понимаю, но и никогда не понимал непринятия идеи темной материи. Как по мне, именно ожидание, что вся материя должна быть видима - само по себе самонадеянно и дополнительное допущение, которую надо бы обосновать.

[wrest]

MOND держит оборону: https://lenta.ru/news/2018/09/17/mond/

[NikolayPrimachenko]

Pphantom в сообщении #1338856 писал(а):

Некоторая подобная корреляция имеется (иначе бы о MOND давно все забыли). Но точность этой корреляции настолько плохая, что делать из этого однозначные и далеко идущие выводы можно разве что при очень большом энтузиазме (или плохом знакомстве с наблюдательной кухней).

Корреляция сильная. Это видно даже по графику. Думаю, Вам известно, что зависимость Талли-Фишера (TFR) была до 90-х годов самым точным из широко применяемых инструментов для определения расстояний до других галактик (ошибка 17%). Сейчас тоже широко используется, когда более точные методы использовать не получается. У барионной зависимости (BTFR) разброс меньше, чем у обычной.

Насчет незнакомства с наблюдательной кухней: за MOND и аналогичные идеи чаше всего выступают именно наблюдатели-астрономы -- самые стойкие сторонники. Теоретики с бэкграундом в области элементарных частиц, которые занимаются космологией, конечно же, за темную материю. Но их влияние на других теоретиков несколько упало после того, как 40-летняя уверенность в суперсимметричном "зоопарке" новых частиц умерла на БАКе, и после 30-летних бесплодных поисков "темных" частиц в других экспериментах. Начиная с 2013 года интерес к альтернативам вырос.

Geen в сообщении #1338872 писал(а):

Цитата:

Absence of a fundamental acceleration scale in galaxies

Если я правильно понял комментарии к статье и ответы на них, вот что не так с выводами у Rodrigues et al.:

1. Авторы выбрали равномерное распределение в качестве априорного распределения для "постоянной Милгрома". Из-за этого значения подгоночных коэффициентов масса-светимость стали -- по-отдельности и в совокупности -- невозможными с физической точки зрения, с т.з. моделей звездного населения (красивое словосочетание). Особенно это верно для галактик, которые почти полностью состоят из газа, потому что для них большие изменения коэффициента мало влияют на фит: чуть лучший фит получается в результате очень сильного сдвига коэффициента, когда коэффициент выбрасывается в нефизическую область. Т.е. из-за равномерного распределения сильно отличающиеся значения коэффициентов становятся почти одинаково вероятными (вырождение параметров).
2. Авторы учли не все источники ошибок. При подсчете статистики хи-квадрат надо учитывать и оценивать все источники неопределенности. Если этого не сделать, то будет занижена оценка разброса (в знаменателе формулы), и статистика может сильно увеличиться.
   
   1. Не учли ошибки в определении наклона галактик.
   2. Не учли ошибки модели, которые возникают из-за неизбежных в этих расчетах упрощающих предположений. Это главный пункт. Упрощающие предположения таковы: диск галактики -- это плоский, тонкий, симметричный диск, в котором звезды и газ вращаются по круговым орбитам; коэффициент масса-светимость одинаков для всех областей диска (или даже для всех дисков в некоторых расчетах). Все эти предположения неверны: диск не плоский, он может быть изогнутым, он не тонок, несиметричен, в нем есть неоднородности (рукава, например), звезды в нем движутся по сложным траекториям; хотя коэффициент масса-светимость для инфракрасного диапазона более стабилен, чем аналогичные коэффициенты для других диапазонов, известно, что он не является постоянным даже для всех областей одного диска. (Балдж, если он есть, учитывается отдельно. И здесь тоже источник ошибок: как провести границу между балждем и диском?)

В работе Zhe Chang, Yong Zhou "Is there a fundamental acceleration scale in galaxies?" можно посмотреть, что было бы, если бы Rodrigues et al. не допустили ошибку под пунктами 1 и 2.1: значения "постоянной Милгрома" для всех галактик были бы почти одинаковы, значимость гипотезы об их неравенстве упала бы с 50 до 25-сигм.

(Картинки)

Было: http://inspirehep.net/record/1678325/fi ... Rbands.png
Стало: http://inspirehep.net/record/1708801/fi ... Plot3a.png

(О скромности Rodrigues et al.)

Значимость у Rodrigues et al. не просто "больше 10", а 50 сигм. Авторы "поскромничали" в абстракте. Возможно, они подумали о том, что в лаборатории, где изучаемый объект специально конструируется под упрощающие предположения, бывает проблемой получить даже 5 сигм, а здесь меньше сотни messy objects -- и 50 сигм. Многовато.

25 сигм -- это тоже много. Но это из-за неучета модельных ошибок. Если я правильно понял, надежно их оценить нельзя: нельзя слетать к другим галактикам, рассмотреть-изучить их с разных сторон и оценить, насколько каждая галактика отличаются от упрощенной модели. Поэтому поступают так: подсчитывают бюджет ошибок, т.е. определяют, какая часть разброса обусловлена случайными ошибками измерений, которые можно оценить, а какая носит "внутренний" характер. В этот внутренний разброс входит и разброс из-за модельных упрощений. Затем сравнивают этот внутренний разброс с разбросом в моделях с темной материей.

При таком сравнении оказывается, что в моделях с темной материей даже минимально возможный разброс значений превышает внутренний разброс BTFR. Ошибки из-за упрощающих предположений заведомо не равны нулю, поэтому можно прийти ко вполне определенному выводу: BTFR -- это проблема для моделей с темной материей, но не проблема для альтернативных подходов с модификацией закона тяготения, в которых внутренний разброс нулевой. (Тут за последние год-два кое-что изменилось, есть нюансы. Я хочу о них попозже написать.)

Доходчивое объяснение дала в своем блоге Sabine Hossenfelder.

(По мотивам объяснения Dr. Hossenfelder)

Что было бы, если бы пришлось измерять постоянную Ньютона так же, как постоянную Милгрома?

Можно, не зная гравитационной постоянной, найти выражение для ускорение свободного падения на поверхности Земли, если использовать упрощающие предположения о распределении плотности, о форме и размерах Земли. Плотность слоев можно оценить по распределения скоростей сейсмических волн по глубинам. Каждый слой можно считать однородным по плотности и толщине. Формой Земли считать геоид. В выражении останется один свободный параметр -- сама постоянная Ньютона.

Дальше можно провести эксперименты по измерению ускорения свободного падения в разных точках на поверхности Земли, и для каждого из этих экспериментов вычислить постоянную Ньютона. Вычисленные значения окажутся сконцентрированными вокруг какого-то истинного значения. Но если эксперименты будут достаточно точными, то некоторые значения будут значительно отличаться от других -- сильнее, чем позволено случайными измерительными ошибками. Чем точнее измерения, тем с большей сигмой отличия.

Значит ли это, что постоянная Ньютона не постоянна? Нет. Дело в упрощающих предположениях: Земля не геоид, а её слои неоднородны. Но если об этом забыть, то можно экспериментально "опровергнуть" теорию Ньютона прямо в области ее применимости.

Stacy McGaugh в комментарии в своем блоге писал(а):

No, they don’t test against dark matter. If they did, they would get the same result as they claim against MOND. There is a tail of galaxies with high (formally unacceptable) chi^2 in any model of any flavor. There are a number of reasons for this, one being that the uncertainties on the measured Doppler velocity are not equivalent to what we want them to be: Gaussian uncertainties on the circular velocity of the gravitational potential. People who work in the field understand this. That’s why we did not claim that all flavors of dark matter are excluded at 10 sigma in https://arxiv.org/abs/1605.05971 even though the chi^2 distribution is similarly bad.

(Кратко, конечно, не получается. По другим пунктам потом попробую написать, если Anton_Peplov и/или модераторы не возражают.)

[Pphantom]

Вы немного не дождались, еще через десять дней как раз исполнился бы год...

Это и есть не очень хорошая корреляция. В рамках идеи MOND разброс должен был бы быть меньше.

[NikolayPrimachenko]

Pphantom в сообщении #1413622 писал(а):

В рамках идеи MOND разброс должен был бы быть меньше.

Интересно. А каким численно должен быть разброс? И почему именно таким?

[Pphantom]

NikolayPrimachenko в сообщении #1414638 писал(а):

А каким численно должен быть разброс? И почему именно таким?

Соотношение масса-светимость для звезд известно с весьма хорошей точностью, по меньшей мере 1%. Оценка в целом для звездного населения - тоже, поскольку восстановить его состав популяционным синтезом можно, и для многих других случаев это дает надежно проверенные результаты. Для газа - хуже, там возможна ошибка в разы, но самого газа в галактиках сравнительно мало, так что в целом это укладывается в ту же погрешность. Соответственно, предположение о полном отсутствии скрытой массы должно давать корреляцию с ошибками, соответствующими характерным ошибкам наблюдений и отклонениям, связанным с азимутальной неоднородностью дисков. Второе - это отклонения на уровне $10^{-4}$ и его попросту не видно без специальных ухищрений, а первое явно не укладывается в допуски, поскольку предполагает ошибки фотометрии на $1^m$, а то и больше.