Considere, digamos, este diagrama pendente de outra pergunta,
Para começar, as galáxias têm uma densidade típica D. O espaço intergalático tem uma densidade muito menor d.
Como sabemos: nas galáxias (com densidade D), a maioria das coisas é matéria escura. Digamos por conveniência que é 10: 1.
Portanto, a proporção de matéria escura nas galáxias é (diremos) 10: 1.
Mas aqui está o que não consigo encontrar explicado em nenhum lugar:
(1) no espaço intergaláctico. Antes de tudo, simplesmente existe alguma matéria escura? Ou acreditamos que a matéria escura existe simplesmente nas galáxias? Não entre?
(2) Se houver matéria escura entre galáxias. Sabemos ou acreditamos: qual é a proporção de matéria escura lá fora? De fato, é exatamente a mesma proporção (digamos, 10: 1) das galáxias internas? Ou é talvez ainda mais dominante, ou talvez muito menos dominante? Qual é a proporção lá fora?
(3) Se houver matéria escura em toda parte. Galáxias existem em filamentos e paredes. A matéria escura faz isso? ou é uniformemente espalhado?
Respostas:
A resposta curta para sua pergunta é não, não há matéria escura entre galáxias, pelo menos em qualquer nível apreciável.
Existe matéria comum entre galáxias, chamada meio intergaláctico (IGM). O IGM é um gás quente extremamente diluído que permeia o espaço entre galáxias. A densidade típica do IGM é de cerca de um átomo de hidrogênio por metro cúbico e sua temperatura é de cerca de 10 ^ 6 K. Essas altas temperaturas mantêm o IGM em equilíbrio de pressão com qualquer galáxias e evitam que ele colapse nas galáxias.
A matéria escura, no entanto, é fria e carece do suporte de pressão do gás no IGM, portanto ela condensa nas galáxias. [1] Uma diferença interessante entre matéria escura e matéria comum é que a matéria escura não possui nenhum tipo de mecanismo de resfriamento. Como resultado, quando a matéria comum entra em colapso em uma galáxia, ela pode esfriar e condensar em um espaço relativamente compacto e, posteriormente, formar estrelas e planetas. A matéria escura, no entanto, permanece estendida porque não tem como liberar sua energia potencial gravitacional. As galáxias, portanto, exibem um halo substancial de matéria escura, onde a proporção de matéria escura e matéria comum aumenta substancialmente alguns raios galácticos para longe do centro. Dentro da própria galáxia, a matéria comum é dominante por pelo menos uma ordem de magnitude,
Uma questão interessante é se existem ou não halos de matéria escura no espaço intergaláctico sem uma galáxia hospedeira correspondente no centro. Tanto quanto podemos dizer, a resposta para isso parece não ser, ou pelo menos, essas estruturas devem ser bem pequenas e extremamente raras. Existem galáxias anãs (apenas 10 ^ 6 massas solares) que possuem enormes halos de matéria escura (muito fora de proporção com seu tamanho, em relação à Via Láctea), mas quase todo halo parece ter pelo menos alguma matéria comum presente, não importa o quão débil.
Vazios cósmicos são um exemplo ainda mais extremo. Os vazios são dominados pela energia escura e, portanto, se expandem mais rapidamente do que o resto do universo. Os vazios tendem a empurrar qualquer matéria (escura ou não) para dentro das paredes que os separam dos vazios circundantes. Em um sentido real, o universo é feito de vazios, e tudo o que sabemos está nas paredes e filamentos que os separam. Este artigo examinou halos de matéria escura em vazios cósmicos e descobriu essencialmente que não havia. Em outras palavras, eles descobriram que os halos de matéria escura nos vazios cósmicos têm galáxias hospedeiras com a mesma frequência que os halos de matéria escura fora dos vazios cósmicos (ou seja, quase sempre).
[1]: Para ser absolutamente pedante, eu não duvido que haja algumas partículas de matéria escura zunindo no espaço intergalático. Mas eu ficaria surpreso se sua densidade exceder a densidade (já insignificante) da matéria comum no IGM.
fonte
Deixe-me ver se consigo responder pelo menos a parte disso.
Sim, existe matéria escura entre galáxias. Isso é demonstrado pelo fato de que, nos grupos e aglomerados de galáxias, você precisa de mais matéria escura do que a encontrada nas próprias galáxias para explicar o que está acontecendo: em termos de por que os grupos ou aglomerados estão gravitacionalmente ligados, apesar das velocidades extremas do galáxias dentro dos grupos / aglomerados; por que o gás emissor de raios-X nos clusters é tão quente e de alta pressão e ainda assim confinado ao cluster; e, a fim de explicar as lentes gravitacionais de galáxias de fundo por aglomerados. (Também apoiado por observações de coisas como o efeito Sunyaev-Zeldovich em clusters.)
(De fato, a evidência mais antiga para a matéria escura foram as velocidades extremamente altas das galáxias dentro dos aglomerados, medidas por Fritz Zwicky na década de 1930. Esse também é um dos modos de falha da Dinâmica Newtoniana Modificada como uma alternativa à matéria escura: mesmo se você acha que pode se livrar da matéria escura nas galáxias, ainda precisa de matéria escura nos aglomerados de galáxias, além das próprias galáxias.)
E, é claro, modelos cosmológicos indicam que a matéria escura é responsável por cerca de 25% da densidade crítica do universo. Para ter tanta matéria escura, você precisa ter mais matéria escura do que dentro de galáxias individuais.
"Se houver matéria escura entre galáxias. Sabemos ou acreditamos: qual é a proporção de matéria escura por aí?" Penso que a maneira mais simples de responder a isso seria levar a razão matéria escura / matéria bariônica para o universo como um todo, conforme determinado pelas atuais observações e modelos cosmológicos. Isso fornece uma proporção de cerca de 5: 1.
"As galáxias existem em filamentos e paredes. A matéria escura faz isso? Ou é espalhada uniformemente?" Sim, a matéria escura faz isso. A razão pela qual vemos galáxias em filamentos, aglomerados e paredes é porque a matéria escura se aglomera gravitacionalmente nessas estruturas; nessa escala, as galáxias estão basicamente juntas, seguindo a força gravitacional do que a matéria escura está fazendo. A razão das galáxias existirem nos filamentos é devido à distribuição desigual da densidade da matéria regular e da matéria escura em todo o universo. Uma superdensidade leva ao colapso da matéria para formar (por exemplo) uma galáxia, mas a superdensidade pode ser assimétrica. Isso leva ao colapso ocorrendo mais rapidamente em uma direção específica, causando a formação de galáxias nos filamentos (ver, por exemplo,resumo deste documento para uma visão geral).
Esta página possui imagens de uma simulação cosmológica em larga escala (a Simulação do Milênio). A maioria das imagens que mostram a estrutura filamentar em diferentes escalas mostra apenas a matéria escura .
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