Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 1267
Скачиваний: 54
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
день горячая ТМ практически исключена, ввиду того, что она противоречит крупномасштабной структуре Вселенной.
К холодной ТМ относится частицы, которые в раннюю стадию Вселенной от- щепились от плазмы с нерелятивистскими скоростями. В отличии от горячей, холодная модель с хорошей точностью описывает крупномасштабную структу- ру Вселенной с точки зрения космологии. Хотя, в некоторых деталях она также не соответствует астрономическим наблюдениям.
Переносчиками данного вида материи обычно выступают сверхмассивные ча- стицы, с массами от десятков ГэВ до нескольких ТэВ. Основным кандидатом на данную роль являются WIMP-ы (Weakly Interactive Massive Particles) — сла- бовзаимодействующие массивные частицы.
На нынешней день наиболее подходящей является теплая ТМ, в которой недо- статки холодной ТМ уже устранены. Частиц данной категории имеют среднюю скорость между холодной и горячей, хотя и в ранней стадии они также были ре- лятивистскими. Обычно к
теплой ТМ относят легкие частицы, массы которых в 100 раз меньше массы электрона.
Основным кандидатом в данной категории является стерильное нейтрино с мас- сой в диапазоне 1 эВ - 10 кэВ.
Темная материя (ТМ) — это особый вид материи, которые не только не испускает электромагнитное излучение, но и не взаимодействует с ним вовсе, что не позволя- ет проводить прямые наблюдения. Однако, эта материя проявляет себя в гравитаци-
онном взаимодействие, что позволяет обнаружить ее экспериментально. Перечислим основные свойства ТМ:
•
Темная материя, так же, как и обычная барионная материя концентрируется в определенных сгустках (обычно вблизи барионной).
•
По астрономическим наблюдения на нынешний день, считается что ТМ является нерелятивистской.
•
ТМ не взаимодействует с обычной материей, кроме того, как выяснилось она и сама с собой практически не взаимодействует [1].
•
ТМ должна быть подобна жидкости (никаких дискретных образований пока не обнаружено).
Все выше перечисленные свойства создают ряд трудностей в обнаружении темной
материи и поиска ее частиц-переносчиков.
Одним из наиболее наглядных доказательств существования ТМ служат ротационные кривые — зависимость скорость вращения звезд и газа в галактике от расстояния до центра этой галактики.
Рассмотрим спиральную галактику, т.е. скопление звезд и газа в форме сплющен- ного диска. Воспользуемся законом Кеплера: масса M (r) внутри скопления радиуса r и скорость вращения v(r) на расстояние r от центра галактики, описывается следу- ющим соотношением:
v2(r) = G ·M (r)
r
где G — гравитационная постоянная, а
M (r) имеет вид:
M (r) = 4π
ρ(r)r2dr
∫r
0
где ρ(r) — распределение плотности вещества.
M (r) ≈const
В области за наблюдаемым галактическим диском масса и скорость вращения будет ∼1/√r
Но наблюдения противоречат этой зависимости. На деле мы получаем, что с уда-
≈
лением от центра галактики, скорости почти не уменьшаются v(r) const, в чем мож- но убедиться на примере галактики М33 [2].(Рис.2)
Помимо галактики M33 были рассмотрены сотни спиральных галактик, для кото- рых были получены схожие картины.
Рис. 2: Экспериментальная ротационная кривая для спиральной галактики M33 (точ- ки) по сравнению с лучшей подгонки модели (сплошная линия). Кроме того, показано вклад гало (пунктир с точкой), звездный диск (короткая пунктирная линия) и вклад газа (длинный пунктир).
Из ротационных кривых для галактик следует, что темная материя почти полно- стью доминирует над видимой.
-
Холодная темная материя.
К холодной ТМ относится частицы, которые в раннюю стадию Вселенной от- щепились от плазмы с нерелятивистскими скоростями. В отличии от горячей, холодная модель с хорошей точностью описывает крупномасштабную структу- ру Вселенной с точки зрения космологии. Хотя, в некоторых деталях она также не соответствует астрономическим наблюдениям.
Переносчиками данного вида материи обычно выступают сверхмассивные ча- стицы, с массами от десятков ГэВ до нескольких ТэВ. Основным кандидатом на данную роль являются WIMP-ы (Weakly Interactive Massive Particles) — сла- бовзаимодействующие массивные частицы.
-
Теплая темная материя.
На нынешней день наиболее подходящей является теплая ТМ, в которой недо- статки холодной ТМ уже устранены. Частиц данной категории имеют среднюю скорость между холодной и горячей, хотя и в ранней стадии они также были ре- лятивистскими. Обычно к
теплой ТМ относят легкие частицы, массы которых в 100 раз меньше массы электрона.
Основным кандидатом в данной категории является стерильное нейтрино с мас- сой в диапазоне 1 эВ - 10 кэВ.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 16
Свидетельства существования темной материи
Темная материя (ТМ) — это особый вид материи, которые не только не испускает электромагнитное излучение, но и не взаимодействует с ним вовсе, что не позволя- ет проводить прямые наблюдения. Однако, эта материя проявляет себя в гравитаци-
онном взаимодействие, что позволяет обнаружить ее экспериментально. Перечислим основные свойства ТМ:
•
Темная материя, так же, как и обычная барионная материя концентрируется в определенных сгустках (обычно вблизи барионной).
•
По астрономическим наблюдения на нынешний день, считается что ТМ является нерелятивистской.
-
ТМ в большинстве случаев скапливается в местах скопления обычной материи.
•
ТМ не взаимодействует с обычной материей, кроме того, как выяснилось она и сама с собой практически не взаимодействует [1].
•
ТМ должна быть подобна жидкости (никаких дискретных образований пока не обнаружено).
Все выше перечисленные свойства создают ряд трудностей в обнаружении темной
материи и поиска ее частиц-переносчиков.
- Галактические ротационные кривые
Одним из наиболее наглядных доказательств существования ТМ служат ротационные кривые — зависимость скорость вращения звезд и газа в галактике от расстояния до центра этой галактики.
Рассмотрим спиральную галактику, т.е. скопление звезд и газа в форме сплющен- ного диска. Воспользуемся законом Кеплера: масса M (r) внутри скопления радиуса r и скорость вращения v(r) на расстояние r от центра галактики, описывается следу- ющим соотношением:
v2(r) = G ·M (r)
r
где G — гравитационная постоянная, а
M (r) имеет вид:
M (r) = 4π
ρ(r)r2dr
∫r
0
где ρ(r) — распределение плотности вещества.
M (r) ≈const
В области за наблюдаемым галактическим диском масса и скорость вращения будет ∼1/√r
Но наблюдения противоречат этой зависимости. На деле мы получаем, что с уда-
≈
лением от центра галактики, скорости почти не уменьшаются v(r) const, в чем мож- но убедиться на примере галактики М33 [2].(Рис.2)
Помимо галактики M33 были рассмотрены сотни спиральных галактик, для кото- рых были получены схожие картины.
Рис. 2: Экспериментальная ротационная кривая для спиральной галактики M33 (точ- ки) по сравнению с лучшей подгонки модели (сплошная линия). Кроме того, показано вклад гало (пунктир с точкой), звездный диск (короткая пунктирная линия) и вклад газа (длинный пунктир).Из ротационных кривых для галактик следует, что темная материя почти полно- стью доминирует над видимой.