Mungkinkah semua materi gelap terbuat dari planet jahat (planet mengambang bebas)?

14

Mungkinkah semua materi gelap terbuat dari planet jahat (planet mengambang bebas)? (dan hal-hal lain seperti asteroid atau meteoroid)

Clausia
sumber
3
telah dibayangkan pada tahun 90-an bahwa beberapa materi gelap dalam lingkaran cahaya terbuat dari katai coklat; ini kemudian dikesampingkan karena kurangnya deteksi tidak langsung melalui defleksi cahaya (dikenal sebagai lensa mikro).
chris
1
Untuk memperluas komentar @chris tentang benda padat, planet dingin seperti objek di ruang antar-galaksi kita, galaksi kita menambahkan hingga tidak lebih dari 3% dari kepadatan massa yang dibutuhkan untuk menjelaskan kurva rotasi galaksi galaksi yang sama. Semua ini ada di luar sana, tetapi itu bukan jawaban untuk teka-teki itu.
dmckee --- ex-moderator kitten

Jawaban:

16

Pertama-tama saya akan mulai dengan beberapa ide:

  1. Baryonic Matter : Baryons adalah partikel elementer yang terdiri dari 3 quark. Ini termasuk proton dan neutron, dan istilah materi baryonik mengacu pada materi yang terbuat dari baryon, seperti atom. Contoh-contoh materi non-baryonic termasuk neutrino, elektron bebas dan materi eksotik lainnya.
  2. Benda-benda seperti planet, bintang, debu, dll. Semuanya terbuat dari atom, dan karenanya diklasifikasikan sebagai materi baryonic.

Sekarang, bagaimana kita tahu bahwa materi gelap hadir di alam semesta?

Para astronom mengukur tarikan gravitasi galaksi dan gugus / kelompok galaksi berdasarkan pada bagaimana benda berperilaku ketika berinteraksi dengan benda-benda ini. Beberapa contohnya termasuk stripping gas / debu pasang surut, orbit bintang-bintang di galaksi dan pelensaan gravitasi dari cahaya jauh dari kluster besar. Dengan ini mereka menentukan massa galaksi (atau kelompok galaksi). Kita juga dapat menentukan massa galaksi atau kelompok dengan melihatnya dan menjumlahkan massa semua benda (seperti bintang, debu, gas, lubang hitam, dan benda baronik lainnya). Meskipun kedua metode ini memberi kita perkiraan, jelas bahwa massa gravitasi galaksi dan gugus melebihi massa baryonic dengan faktor 10-100.

Ketika astrofisikawan pertama kali menemukan fenomena ini, mereka harus memberikan penjelasan yang masuk akal, sehingga mereka menyarankan bahwa ada beberapa materi baru yang tak terlihat yang disebut materi gelap. (Selain: beberapa ahli astrofisika juga muncul dengan penjelasan lain seperti gravitasi yang termodifikasi, tetapi sejauh ini materi gelap melakukan pekerjaan terbaik dalam menjelaskan pengamatan).

Oke, jadi sekarang bagaimana kita tahu materi gelap bukanlah materi baryonic?

Ada beberapa alasan mengapa ahli astrofisika tahu bahwa sangat tidak mungkin bahwa materi gelap adalah baryonic. Pertama-tama jika semua bintang di galaksi bersinar pada benda yang dipanaskan, panas ini menyebabkan pelepasan radiasi, yang disebut radiasi termal , dan setiap benda (baryonic) di atas nol kelvin (atau -273,14 derajat celcius) memancarkan radiasi ini. Namun, materi gelap tidak memancarkan radiasi sama sekali (karenanya namanya gelap!)

Jika dark matter adalah baryonic, itu juga berarti bahwa ia bisa menjadi pancaran cahaya. Jika kita mendapat gumpalan materi baryonic * dan meletakkannya di ruang angkasa, ia akan berkontraksi secara gravitasi, dan pada akhirnya akan membentuk bintang atau lubang hitam ** - keduanya dapat kita lihat.

Jadi, karena alasan-alasan ini, materi gelap di galaksi dan dalam kelompok / kluster galaksi tidak mungkin baryonic, dan karenanya tidak dapat berupa planet, bintang mati, asteroid, dll. Ini pasti bukan planet karena tidak ada jalan 10-100 kali lipatnya. massa bintang di galaksi adalah planet, karena mekanisme untuk membuat planet bergantung pada supernova, dan jumlah supernova yang dibutuhkan untuk banyak planet akan terlalu tinggi untuk mencocokkan pengamatan kita. Saya harap ini menjawab pertanyaan Anda!

* asalkan gumpalan materi baryonic itu besar, dan jumlah yang ada di galaksi pasti!

** kami tidak mengamati lubang hitam secara langsung, tetapi dapat melihat radiasi dari disk akresi mereka.

Robbie
sumber
Terima kasih telah meluangkan waktu untuk menulis penjelasan yang jelas. Saya punya pertanyaan tentang sesuatu yang ingin saya ikuti. Apakah saya benar untuk memahami bahwa dalam eksperimen pemikiran tentang "rumpun materi gelap" yang sama jika bukan baryonic juga harus secara gravitasi berkontraksi? Ini mengikuti dari keberadaannya dari paragraf pertama Anda, kecuali jika sangat eksotis sehingga dapat mempengaruhi orbit bintang di sekitar galaksi tetapi tidak berinteraksi dengan jenisnya sendiri. Apakah ini masuk akal?
Puffin
1
@Puffin Saya tidak yakin saya benar-benar mengerti apa yang Anda tanyakan, tetapi materi gelap berinteraksi dengan materi gelap lainnya - namun interaksi ini murni gravitasi. Materi baryonic dan dark juga hanya berinteraksi melalui gravitasi, tetapi materi baryonic berinteraksi dengan materi baryonic lainnya melalui gravitasi, elektromagnetisme, gaya nuklir, dll. Karena materi baryonic berinteraksi dengan cara ini, ia dapat "kehilangan energi" melalui radiasi dan cara lain untuk berkontraksi, tetapi karena materi gelap tidak memiliki cara untuk "kehilangan energi", ia tidak dapat berkontraksi seefisien mungkin. Apakah ini menjawab pertanyaan Anda?
Robbie
Terima kasih. Jawaban Anda mencakupnya dengan baik, saya pikir. Pengetahuan saya agak serpihan di sini dan saya harus melakukan lompatan besar. Apakah Anda mengatakan bahwa, misalnya, gelombang gravitasi akan menyediakan sarana bagi materi untuk kehilangan energi orbital dan dengan demikian antara dua jenis materi, baryonic dan dark, dan dengan demikian akan memungkinkan materi konvensional untuk membentuk bintang dan galaksi sementara materi gelap tetap lebih terdistribusi. ?
Puffin
1
Ya, gelombang gravitasi adalah salah satu cara agar materi kehilangan energi (meskipun sangat kecil). Saat awan gas mengerut, panas ini memancar, mendinginkan gas dan memungkinkannya berkontraksi semakin banyak. Inilah sebabnya mengapa materi dapat membentuk bintang dan planet dan hal-hal keren seperti itu tetapi materi gelap tidak bisa.
Robbie
OK, terima kasih, ini jauh lebih jelas dengan contoh panas.
Puffin