Cómo explicar dos posibles problemas con la materia oscura

¿Puede alguien responder cómo la teoría de la materia oscura resuelve/elimina estos dos posibles problemas?

  1. La materia oscura, según tengo entendido, debido a la gravedad, sigue moviéndose y, debido a su naturaleza no interactiva, no se adhiere a sí misma ni a la materia normal. Por lo tanto, está en movimiento continuo (y puede ser algo aleatorio). ¿No haría esto que la curva de velocidad de las galaxias espirales fuera bastante inestable o impredecible?

  2. La materia oscura, debido a la gravedad, sigue moviéndose (generalmente más densa en el centro de la galaxia). Cada vez que algo de él entre en el horizonte de sucesos del agujero negro central, no debería poder salir nunca más. Durante millones/billones de años, todo, poco a poco, terminará eventualmente dentro del agujero negro central, haciendo imposible mantener la curva de velocidad uniforme. Aunque no es interactivo, ¿es correcto que todavía no pudo escapar del horizonte de eventos? Si es así, ¿cómo es posible mantener la curva de velocidad uniforme de las galaxias durante miles de millones de años?

Estoy pensando que debido a la naturaleza no interactiva y antiadherente, el movimiento/rotación de la materia oscura no debería ser uniforme, y debería cruzar hacia dentro y hacia fuera pasando por el agujero negro central, por lo que parte de ella se consumiría para siempre. Una vez que comience este proceso, el agujero negro central comenzaría a volverse más pesado, lo que haría que el proceso fuera aún más rápido.

Además, estoy pensando que para causar una curva de velocidad uniforme, la materia oscura debe distribuirse sobre la galaxia de cierta manera. Todo o la mayor parte en el agujero negro central no soportaría la curva de velocidad uniforme.

¿Las simulaciones de materia oscura tienen en cuenta estos dos problemas? ¿Cómo se resuelven/evitan?

¿Qué quieres decir con "no se pega a sí mismo ni a otros asuntos"?
No se pega, significa que no forma estructuras rígidas como planetas, etc. Pasa directamente a través de la materia normal y oscura sin interactuar. Lo único que se sabe que funciona es la gravedad, y también causa gravedad al igual que la materia normal.
La gravitación es una interacción, se aplica el teorema virial, se aplica la conservación del momento angular, se aplica el teorema de disipación de fluctuación, etc. Sin embargo, estoy de acuerdo en que uno podría tener la falsa intuición de que todos los constituyentes de un sistema gravitatorio tienen que ser capaces de desprenderse energía a través de la radiación directamente al colapso. Eso simplemente no es así. La materia oscura puede transferir energía y momento angular a la materia ordinaria, que luego puede colapsar y disiparse a través de la radiación. Esto también enfriará efectivamente la materia oscura.
¿Sería más apropiado decir que interactúa con la materia normal solo a través de la gravedad y de ninguna otra manera? Pero mi pregunta principal es por qué no todo cae en el agujero negro central durante millones/billones de años.
La respuesta a eso es simplemente la conservación del momento angular... no puede. ¡Caer al sol desde la órbita de la Tierra requeriría un delta v de algo así como 30 km/s! Ni siquiera estoy seguro de que tengamos un cohete que pueda impulsar incluso una pequeña carga hacia el sol. La única forma en que podríamos lograr eso probablemente sería con varios sobrevuelos de la Tierra, Venus y Mercurio y/o una fase de empuje muy larga con un motor de iones. En términos energéticos, el sol es el objetivo más caro del sistema solar y para llegar desde aquí al centro de la galaxia se necesitaría un delta v de más de 200 km/s.
Nuevamente, los documentales muestran simulaciones de materia oscura donde no gira. La materia oscura en rotación responde la pregunta.
Bueno, la respuesta general a la física de la televisión es: NO.

Respuestas (3)

Las propiedades que atribuyes a la materia oscura (que no interactúan, solo se ven afectadas por la gravedad) son también propiedades de una gran fracción de la materia visible de nuestra galaxia. es decir, las estrellas orbitan en el potencial galáctico sin interactuar directamente con otras estrellas y sus trayectorias solo están influenciadas por las fuerzas gravitatorias.

Lejos de ser "al azar", se espera que la materia oscura orbite la Galaxia de forma similar a las estrellas. La principal diferencia es que la mayor parte de la materia oscura se encuentra en órbitas mucho más grandes y los ejes orbitales se distribuyen de manera más uniforme en el espacio.

De la misma manera que las estrellas en órbitas circulares o incluso bastante elípticas nunca se acercan a BH en el centro de la galaxia, tampoco la mayoría de la materia oscura. Alguna materia oscura habrá sido capturada en el pasado, pero solo aquella que tenía órbitas radiales casi perfectas. El resto sigue orbitando de la misma manera que la Tierra sigue girando alrededor del Sol, sin nada que disipe su energía cinética orbital. Para extender la analogía entre las estrellas que no interactúan y la materia oscura, hay una clase de estrellas formada muy temprano en la historia de la Vía Láctea llamada población II o estrellas de halo . Estos han estado orbitando la Vía Láctea en órbitas pseudoesféricas desde que se formaron por primera vez hace más de 10 mil millones de años, como la materia oscura.

Sí, la densidad de materia oscura es mayor cerca del centro de la galaxia, pero la masa de materia oscura está dominada por la que ocupa el enorme volumen a grandes distancias del centro.

En resumen, ninguno de los problemas que has inventado son problemas.

No hay confusión en la pregunta entre masa y densidad, lo leí de nuevo para estar seguro. Sin embargo, la rotación uniforme de la materia oscura responde la pregunta. No interactivo estaba en el contexto cuando se trata de contacto físico/vecindad.
Rob Jeffries: ¿Cómo son las órbitas propuestas de la materia oscura? ¿Son exactamente como los de la materia bariónica (es decir, espiral), o diferentes?

Para responder a la pregunta sobre caer en el agujero negro central.

Si comenzamos con la mayor parte de la materia oscura que tiene un momento angular significativo (es decir, está en una especie de órbita elíptica), entonces para la gravedad newtoniana no puede caer en el agujero negro ya que no puede perder el momento angular.

De hecho, puede perder el momento angular al interactuar gravitacionalmente con otra materia, oscura y clara, en la galaxia, pero el sistema en su conjunto no puede. Así que ni la materia clara ni la oscura son absorbidas de alguna manera por el agujero negro, porque hacerlo requiere descargar el momento angular en alguna parte.

Bueno, esto no es del todo cierto: GR permite que algunos sistemas se detengan. Pero las constantes de tiempo para que esto suceda en algo como una galaxia serían absolutamente enormes ya que los campos son muy débiles.

La respuesta de Rob aclara algunas de las similitudes con la materia oscura y la materia ordinaria, pero olvida señalar una diferencia importante entre ellas (aparte de que la materia oscura es oscura).

Debido a que la materia oscura no interactúa electromagnéticamente, no "chocará" con otra materia. Esto es importante ya que evita que la materia oscura pierda el exceso de energía cinética a través de las colisiones. El proceso que estoy describiendo es una de las principales razones por las que las galaxias tienden a ser planas. Cualquier cosa que no esté en órbita en el plano del disco galáctico deberá pasar a través de ese disco mientras orbita. Este pasaje es propenso a las colisiones, lo que hace que la órbita quede atrapada en el disco galáctico.

Dado que la materia oscura no choca de esta manera, no se acumula en el disco. Como consecuencia, la materia oscura forma un halo en lugar de un disco .

La razón por la que las galaxias de disco son discos no es porque las estrellas interactúen con la materia a medida que pasan por el plano. Es porque el gas del que se formaron fue disipativo y se asentó en un plano. Por eso hice hincapié en las similitudes entre el movimiento de las estrellas y la materia oscura. De hecho, las estrellas del halo han estado orbitando la Vía Láctea durante más de 11 000 millones de años sin convertirse en parte del disco. o ser tragado por un agujero negro central.
@Rob Estoy de acuerdo en que la pregunta estaba orientada hacia el movimiento estable de inicio y/o DM. Simplemente estaba agregando un punto para que uno no se fuera de la pregunta pensando que todo el DM también estaba en el disco.
Cómo explicar dos posibles problemas con la materia oscura
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