О природе тёмной материи

[мат-ламер]

Наиболее популярная версия объясняет тёмную материю как гигантское облако сверхмассивных ещё не открытых элементарных частиц, которые группируются сферически симметрично вокруг центра галактики. Но так суперсимметрия до сих пор на коллайдере не открыта, то рискну предложить на суд публики альтернативную версию объяснения тёмной материи. Как мне представляется первые галактики образовались в нашей Вселенной достаточно давно, когда она ещё была достаточно молодая. И плотность межзвёздного газа была тогда во много раз выше, чем теперь. 1) Во-первых, размеры Вселенной были тогда поменьше. 2) Во-вторых, к массе газа нужно прибавить и массу самой тёмной материи (станет ясно дальше почему). 3) В-третьих, сейчас, как пишет Википедия, масса вещества в нашей Галактике в основном сосредоточена в звёздах, а не в газе. Раньше это соотношение было другим. Итак, имеем очень большую плотность межзвёздного газа, которая способствует бурному звёздообразованию. Причём звёзды получаются гораздо больше, чем в настоящую эпоху. В итоге эти звёзды быстро сгорают. Часть материи они сбрасывают, а часть образует чёрные дыры. Галактики в начале своего существования были сферически симметричными. Постепенно газ в такой галактике сплющивается в диск. Это энергетически выгодно. Звёзды и чёрные дыры продолжали вращаться по своим траекториям, потому как им некуда слить энергию. А вот газу энергию есть куда слить. Частицы газа слипаются в пыль. А частицы пыли соударяются неупруго с нагреванием. Кроме того имеет место гравитационное трение с излучением гравитационных волн. После того, как газ сгруппируется в диск, в нём начинается новый процесс звёздообразования. И эти звёзды мы сейчас наблюдаем. Чёрные дыры вращаются со сферической симметрией (то есть плоскость вращения произвольна) вокруг центра Галактики. И их общая масса гораздо больше остальной массы Галактики. И их притяжение мы воспринимаем как тёмную материю. Скорее всего вместе с ними вращаются и некоторое количество древних звёзд массой меньше нашего Солнца, которые образуют древнюю шаровую часть Галактики. Траектории чёрных дыр пересекает плоскость Галактики. И вероятна ситуация, когда чёрные дыры проходят рядом со звездой из диска Галактики. Тогда звезда из диска может сильно изменить свою траекторию и выстрелить перпендикулярно плоскости Галактики. Стоит вопрос, как проверить предлагаемую гипотезу о тёмной материи. Возможно по наблюдениям таких диких звёзд, которые движутся прочь от диска Галактики (причём не из её центра).

[Munin]

[Утундрий]

Второй минимум стоило бы приподнять. Будет смотреться значительно более ландауугодно.

[Pphantom]

мат-ламер в сообщении #962757 писал(а):

Наиболее популярная версия объясняет тёмную материю как гигантское облако сверхмассивных ещё не открытых элементарных частиц,

А почему "наиболее популярная"?

мат-ламер в сообщении #962757 писал(а):

И плотность межзвёздного газа была тогда во много раз выше, чем теперь.

Правда, неясно, что тогда было межзвездным газом...

мат-ламер в сообщении #962757 писал(а):

Часть материи они сбрасывают, а часть образует чёрные дыры.

Вот в этом месте начинаются проблемы. Массивная звезда совсем не обязательно превратится в итоге в черную дыру.

мат-ламер в сообщении #962757 писал(а):

Частицы газа слипаются в пыль.

Это следующая проблема. Получить пыль не так уж просто, особенно если рядом есть звезды. Когда-то подобная идея существовала, но как только процессы образования пылинок попытались описать количественно, оказалось, что в подобных условиях пылинки разрушаются быстрее, чем возникают.

мат-ламер в сообщении #962757 писал(а):

Чёрные дыры вращаются со сферической симметрией (то есть плоскость вращения произвольна) вокруг центра Галактики. И их общая масса гораздо больше остальной массы Галактики.

Это следующая проблема. Во-первых, существование подобных объектов существенно сказывалось бы на динамике обычных звезд (хотя бы потому, что орбиты вокруг центра галактики при этом получаются сильно вытянутыми и каждая такая ЧД периодически оказывалась бы "внутри" галактики), во-вторых, их можно было бы косвенно наблюдать по создаваемому ими эффекту гравитационного линзирования (попытки делались, результат отрицательный).

мат-ламер в сообщении #962757 писал(а):

Траектории чёрных дыр пересекает плоскость Галактики. И вероятна ситуация, когда чёрные дыры проходят рядом со звездой из диска Галактики. Тогда звезда из диска может сильно изменить свою траекторию и выстрелить перпендикулярно плоскости Галактики. Стоит вопрос, как проверить предлагаемую гипотезу о тёмной материи. Возможно по наблюдениям таких диких звёзд, которые движутся прочь от диска Галактики (причём не из её центра).

Есть такое, и идея такая тоже была. Оказалось, что в случае наличия подобных ЧД "диких" звезд было бы на порядки больше, чем наблюдается в действительности.

Но в целом все не так уж плохо. Лет 50-60 назад это даже было бы актуально.

[Red_Herring]

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

мат-ламер в сообщении #962757

писал(а):
И плотность межзвёздного газа была тогда во много раз выше, чем теперь. Правда, неясно, что тогда было межзвездным газом...

И трава была зеленее—правда, неясно, что тогда было травой

[Munin]

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

А почему "наиболее популярная"?

Я так понимаю, по версии СМИ :-)

Pphantom
Ещё, насколько я понял, наличие остатков тяжёлых звёзд предполагает и наличие отстатков менее тяжёлых звёзд, то есть гало "невидимых" чёрных дыр можно оценить (грубо) по присутствию в той же области пульсаров, белых карликов, красных карликов.

[Pphantom]

Munin в сообщении #963170 писал(а):

Ещё, насколько я понял, наличие остатков тяжёлых звёзд предполагает и наличие отстатков менее тяжёлых звёзд, то есть гало "невидимых" чёрных дыр можно оценить (грубо) по присутствию в той же области пульсаров, белых карликов, красных карликов.

В принципе - да, но если речь идет именно о "ларсоновских" звездах III типа населения (я, правда, совсем не уверен, что мат-ламер имел в виду именно их), то с деталями их эволюции все довольно плохо. Правда, почти наверняка они все проходили стадию сверхновой, т.е. белых карликов от них не осталось, но вот насчет получающегося соотношения ЧД и нейтронных звезд трудно сказать что-то определенное.

[Munin]

Да и про начальную функцию масс, небось, тоже ничего сказать нельзя :-) Понял.

[Pphantom]

Munin в сообщении #963237 писал(а):

Да и про начальную функцию масс, небось, тоже ничего сказать нельзя

Во всяком случае, очень немного.

[мат-ламер]

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

Это следующая проблема. Получить пыль не так уж просто, особенно если рядом есть звезды. Когда-то подобная идея существовала, но как только процессы образования пылинок попытались описать количественно, оказалось, что в подобных условиях пылинки разрушаются быстрее, чем возникают.

Насчёт пыли я поспешил. Есть ещё электромагнитное трение. Ведь газ ионизированный - синхротронное излучение. Но электромагнитное излучение надо как-то эффективно отводить. И с этим могут быть проблемы. Но я писал про гравитационное трение (путём излучения гравитационных волн). Такое излучение увеличивается, если тела движутся друг относительно друга не по круговой траектории. У молекул газа траектория вообще случайная. Грав. излучение увеличивается, если тела подходят близко друг к другу. Молекулы газа делают это. Но главное, что гравитационное излучение эффективно отводится.

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

Вот в этом месте начинаются проблемы. Массивная звезда совсем не обязательно превратится в итоге в черную дыру.

Звезда не превращается в дыру. Большая часть её массы рассеивается по пространству. А на месте звезды остаётся, допустим, чёрная дыра, или, допустим, нейтронная звезда, или возможно ещё чего-нибудь. Но у меня ничего не основывается на "обязательно". Можно предположить, что во многих случаях образуется чёрная дыра либо нейтронная звезда.

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

Правда, неясно, что тогда было межзвездным газом...

Какая разница. Главное, чтобы 1) Эта субстанция конденсировалась в звёзды. 2) У неё наличествовало трение и возможность отвода выделяющейся энергии.

-- Пт янв 16, 2015 22:20:48 --

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

во-вторых, их можно было бы косвенно наблюдать по создаваемому ими эффекту гравитационного линзирования (попытки делались, результат отрицательный).

Наблюдались коричневые карлики. Они большого размера. А теперь представим чёрную дыру на фоне большой яркой звезды из ближайшей галактики. Угловой размер ЧД будет существенно меньше. И тут я как-то сомневаюсь насчёт линзирования.

-- Пт янв 16, 2015 22:24:19 --

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

Это следующая проблема. Во-первых, существование подобных объектов существенно сказывалось бы на динамике обычных звезд (хотя бы потому, что орбиты вокруг центра галактики при этом получаются сильно вытянутыми и каждая такая ЧД периодически оказывалась бы "внутри" галактики),

Возможно это приводит к тому, что диск галактики становится не такой плоский, каким бы он был без таких возмущений.

[Munin]

мат-ламер в сообщении #963322 писал(а):

И тут я как-то сомневаюсь насчёт линзирования.

Линзирование зависит не от угловых размеров чёрной дыры (аббревиатуру ЧД будете использовать, когда дорастёте до профессионального астрофизика - тогда будете знать, когда это уместно), а только от её массы. А масса у неё никак не меньше нескольких $M_\odot.$

[мат-ламер]

Pphantom в сообщении #962893 писал(а):

Есть такое, и идея такая тоже была. Оказалось, что в случае наличия подобных ЧД "диких" звезд было бы на порядки больше, чем наблюдается в действительности.

Концетрация объектов в диске галактики из-за его сплюснутости гораздо выше, чем в гало. Так что вероятность "столкновения" звезды из диска гораздо выше со звездой также из диска. Допустим в нашу солнечную систему вторгается звезда. В каком случае эта звезда передаст больший импульс Солнцу - если звезда будет двигаться со скоростью 20 км/сек или 200 км/сек? Быстрая звезда просто не успеет передать импульс. Мне кажется, что вопрос с дикими звёздами не такой простой, и нуждается в изучении.

[Pphantom]

мат-ламер в сообщении #963322 писал(а):

И с этим могут быть проблемы.

Я бы сказал, что с этим есть проблемы.

мат-ламер в сообщении #963322 писал(а):

Но я писал про гравитационное трение (путём излучения гравитационных волн). Такое излучение увеличивается, если тела движутся друг относительно друга не по круговой траектории. У молекул газа траектория вообще случайная. Грав. излучение увеличивается, если тела подходят близко друг к другу. Молекулы газа делают это. Но главное, что гравитационное излучение эффективно отводится.

Нет, это уже ненаучная фантастика. Посчитайте на досуге гравитационную светимость такого источника и характерные времена слипания, результат будет весьма забавным. Кстати, молекулам для этого надо образовать гравитационно связанную систему, что тоже несколько нетривиально.

мат-ламер в сообщении #963322 писал(а):

Звезда не превращается в дыру. Большая часть её массы рассеивается по пространству. А на месте звезды остаётся, допустим, чёрная дыра, или, допустим, нейтронная звезда, или возможно ещё чего-нибудь. Но у меня ничего не основывается на "обязательно". Можно предположить, что во многих случаях образуется чёрная дыра либо нейтронная звезда.

Или вообще никакого компактного остатка не останется.

мат-ламер в сообщении #963322 писал(а):

Наблюдались коричневые карлики. Они большого размера. А теперь представим чёрную дыру на фоне большой яркой звезды из ближайшей галактики. Угловой размер ЧД будет существенно меньше. И тут я как-то сомневаюсь насчёт линзирования.

Линзирование, как уже написал Munin, определяется массой, а она у черных дыр будет куда больше, чем у бурых карликов. Соответственно, их было бы существенно проще обнаружить, однако...

мат-ламер в сообщении #963322 писал(а):

Возможно это приводит к тому, что диск галактики становится не такой плоский, каким бы он был без таких возмущений.

Да, это действительно привело бы к расширению диска в вертикальном направлении. Но в таком случае оно было бы существенно больше наблюдаемого.

мат-ламер в сообщении #963333 писал(а):

Концетрация объектов в диске галактики из-за его сплюснутости гораздо выше, чем в гало. Так что вероятность "столкновения" звезды из диска гораздо выше со звездой также из диска.

Первое утверждение верно, а вывод из него - нет. Попробуете догадаться, почему?

мат-ламер в сообщении #963333 писал(а):

Допустим в нашу солнечную систему вторгается звезда. В каком случае эта звезда передаст больший импульс Солнцу - если звезда будет двигаться со скоростью 20 км/сек или 200 км/сек? Быстрая звезда просто не успеет передать импульс.

Это неверно.

мат-ламер в сообщении #963333 писал(а):

Мне кажется, что вопрос с дикими звёздами не такой простой, и нуждается в изучении.

Хм... ну изучите. Хорошей литературы по классической звездной динамике достаточно много, в том числе и русскоязычной, базовой математической подготовки Вам, по идее, должно более-менее хватить, так что осилить все это за какое-то время более-менее реально.

[Munin]

Pphantom в сообщении #963358 писал(а):

Да, это действительно привело бы к расширению диска в вертикальном направлении. Но в таком случае оно было бы существенно больше наблюдаемого.

А вот я не вижу, чем это должно так уж отразиться на динамике обычной звёздной компоненты. Ведь массивное гало и так есть, и версия, что оно состоит из MACHOs, не згинела, так что видимо, существующим дискам это не так уж противоречит. Даже если MACHOs регулярно пролетают через центральные области галактики, то из-за большого эксцентриситета они делают это редко. Единственный эффект, что проходя через области, в которых "тесно", они будут "запутываться", терять энергию и высоту апоцентра, и в конечном счёте скапливаться в центре галактики, а поскольку они принесут с собой энергию - "разогревать" его вириальное распределение.

Да и насколько я краем уха слышал, толщины дисков наблюдаемых галактик весьма разные: от 0,01 диаметра и меньше, до нескольких десятых. Да и дефиниции там расплывчатые, поскольку нет чёткой границы, а есть постепенное спадание плотности, в разных объектах картина разная (разные населения звёзд, шаровые скопления, газ, пыль)...

[Dyaus_Pitar]

Тёмная материя наряду с тёмной энергией и обычной материей определяют структуру физического пространства-времени или определяются его структурой. Вполне возможно, что проявление тёмной материи обусловлено дуальностью пространства- времени и существованием параллельных миров, которые не проявляют себя никак кроме гравитации.