Bisakah materi gelap ditemukan dalam bentuk planet, galaksi dll?

Jika materi gelap memiliki gravitasi seperti halnya materi normal, apakah itu berarti ia juga dapat membentuk planet, tata surya, dan sebagainya? Jawaban apa pun akan dihargai.

Planet dan bintang, tidak. Gugus dan galaksi global, ya.

Sisik kecil

Untuk mengembun menjadi benda-benda yang relatif padat seperti planet, bintang, dan bahkan awan pembentuk bintang yang lebih tersebar, partikel-partikel harus dapat membuang energi mereka. Jika mereka tidak melakukan ini, kecepatan mereka melarang mereka membentuk apa pun.

Partikel "normal", yaitu atom, melakukan ini dengan bertabrakan. Ketika atom bertabrakan, mereka bersemangat, dan ketika mereka dikeluarkan, mereka memancarkan radiasi yang meninggalkan sistem, membawa energi. Dengan cara ini, ansambel partikel dapat bersantai menjadi sistem yang kurang berenergi, akhirnya terkondensasi menjadi misalnya bintang. Selain itu, tumbukan menyebabkan partikel yang lebih energik untuk menyumbangkan energi ke yang kurang energik, membuat ansambel mencapai kesetimbangan termodinamika , yaitu semua partikel memiliki energi yang sama rata-rata.

Materi gelap, menurut definisi, tidak dapat bertabrakan dan memancar, dan karenanya, pada skala kecil seperti bintang dan planet, partikel yang memasuki sumur potensial dengan energi yang diberikan akan mempertahankan energi itu. Dengan demikian mereka akan mempercepat menuju pusat, kemudian melambat setelah pendekatan terdekat ke pusat, dan akhirnya meninggalkan sistem dengan energi yang sama seperti sebelumnya (jika tidak terikat untuk memulai dengan). Ini membuat mustahil bagi benda tanpa benturan untuk membentuk benda sekecil itu.

Timbangan besar

Namun pada skala galaksi, berbagai mekanisme relaksasi memungkinkan materi gelap membentuk struktur. Ini adalah alasan bahwa dalam simulasi N-body murni dari Semesta, seperti Simulasi Milenium , Anda akan melihat galaksi. Ukuran struktur ini tergantung pada resolusi, tetapi diukur dalam jutaan massa matahari.

Mekanisme relaksasi meliputi:

Ini semacam lengan galaksi yang melayang, tetapi dalam ruang fase dan bukan ruang nyata.

Ini terjadi ketika partikel datang sangat dekat sehingga lintasannya berbeda secara eksponensial.

Dua mekanisme yang tercantum di atas mengasumsikan potensi gravitasi konstan , tetapi ketika sistem rileks, berubah, sehingga memunculkan proses relaksasi tambahan. Sebagai contoh, partikel yang lebih masif cenderung untuk mentransfer lebih banyak energi ke tetangga yang lebih ringan sehingga menjadi lebih terikat erat, tenggelam ke pusat potensi gravitasi. Efek ini dikenal sebagai segregasi massa dan sangat penting dalam evolusi gugus bintang globular.$\Phi$$\Phi$

Untuk perturbasi / gelombang dengan kecepatan , jika sebuah partikel datang dengan , ia akan menyusul gelombang, pertama-tama mendapatkan energi saat jatuh ke dalam potensial, tetapi kemudian kehilangan jumlah energi yang sama dengan naiknya lagi. Hal yang sama berlaku untuk partikel dengan yang disalip oleh gelombang. Namun, partikel dengan (yaitu yang hampir resonansi dengan gelombang) dapat mengalami keuntungan atau kerugian bersih dalam energi. Pertimbangkan partikel dengan sedikit lebih besar dari$v_p$$v\gg v_p$$v\ll v_p$$v\sim v_p$$v$$v_p$. Tergantung pada fase ketika berinteraksi dengan gelombang, itu akan dipercepat dan menjauh dari resonansi, atau melambat dan bergerak lebih dekat ke resonansi. Yang terakhir berinteraksi lebih efektif dengan gelombang (yaitu melambat untuk waktu yang lebih lama), dan dengan demikian rata-rata akan ada transfer energi bersih dari partikel dengan ke gelombang. Yang sebaliknya berlaku untuk partikel dengan sedikit lebih kecil dari$v \gtrsim v_p$$v$$v_p$

Anda dapat membaca lebih lanjut tentang mekanisme ini di Mo, Bosch, & White's Galaxy Formation and Evolution .