¿Cómo sabemos que la materia oscura no son simplemente neutrinos?

¿Qué evidencia hay de que la materia oscura no es uno de los tipos conocidos de neutrinos?

Si lo fuera, ¿cómo sería esto medible?

Eso también sería típico de los neutrinos. Nunca haciendo lo que están destinados a...
Esta es una pregunta muy, muy buena que me he estado haciendo todos estos años.

Respuestas (4)

La materia oscura puede ser caliente, templada o fría. Caliente significa que las partículas de materia oscura son relativistas (energía cinética del orden de la masa en reposo o mucho mayor), frías significa que no son relativistas (energía cinética mucho menor que la masa en reposo) y cálida está en el medio. Se sabe que la cantidad total de materia oscura en el universo debe ser unas 5 veces la materia ordinaria (bariónica) para explicar la CMB medida por WMAP.

Sin embargo, la materia oscura fría debe ser un componente muy importante del universo para explicar el crecimiento de las estructuras a partir de las pequeñas fluctuaciones en el universo primitivo que creció hasta convertirse en galaxias y estrellas (ver esta referencia ). Por lo tanto, también se requiere materia oscura fría para explicar las curvas de rotación galáctica medidas actualmente.

Ahora, los experimentos de oscilación de neutrinos prueban que los neutrinos tienen una masa en reposo distinta de cero. Sin embargo, las masas restantes aún deben ser muy pequeñas para que solo puedan contribuir a la materia oscura caliente. La razón por la que solo pueden ser materia oscura caliente es porque se supone que en el universo primitivo, denso y caliente, los neutrinos habrían estado en equilibrio térmico con la materia ordinaria caliente en ese momento. Dado que la masa en reposo de los neutrinos es tan pequeña, serían extremadamente relativistas, y aunque los neutrinos se enfriarían a medida que el universo se expandiera, aún habrían sido muy relativistas en el momento de la formación de la estructura en el universo primitivo. Por lo tanto, solo pueden contribuir a la materia oscura caliente en términos del crecimiento temprano de la formación de estructuras. [Debido a la expansión del universo desde entonces,

Según esta fuente :

Las estimaciones actuales de la fracción de neutrinos de la densidad de masa-energía del Universo se encuentran en el rango de 0,1% <∼ ν <∼ un pequeño %, bajo supuestos estándar. La incertidumbre refleja nuestro conocimiento incompleto de las propiedades de los neutrinos.

Entonces, la mayoría de los neutrinos cósmicos son probablemente menos del 10% de la materia oscura total del universo. Además, la mayor parte del resto (de los no neutrinos), el 90% de la materia oscura, también debe ser materia oscura fría, tanto en el universo primitivo como incluso ahora.

No tengo idea de esta respuesta por qué no puede haber suficientes neutrinos fríos para explicar las curvas de rotación galáctica
por ejemplo, ¿cómo podemos saber con certeza que no hay más neutrinos fríos si su sección transversal disminuye sustancialmente en rangos no relativistas? Puede haber 10, 100 o 10 millones más de lo que los supuestos estándar nos harían creer
@lurscher: lo siento, lo arruiné y tenía el mismo enlace en los párrafos 2 y 3. Lo corregí hace un momento, así que haga clic en el enlace del segundo párrafo para leer por qué los neutrinos solo serían DM calientes. Su especulación de que la sección transversal podría ser mucho más alta de lo que diría la teoría electrodébil actual podría ser cierta, pero eso significa que los neutrinos no son lo que actualmente creemos que son. Todo lo que podemos decir es que nuestra comprensión actual de los neutrinos significa que solo podrían contribuir a la MS caliente y que no podrían dar la MS fría necesaria para la formación de estructuras.
Bien, tiene sentido siempre y cuando creamos que los neutrinos no tienen fuerzas adicionales que los hagan agruparse a bajas energías.
Neutrino HDM se descarta mediante observaciones de estructuras a gran escala.
@ user12345 - ¿Estás hablando de algún nuevo resultado publicado recientemente? Ya digo en la respuesta que el CDM es "necesario para explicar el crecimiento de las estructuras...". ¿Estás diciendo algo diferente a eso?
Me refería a la formación de la estructura de arriba hacia abajo (de blinis) que ocurriría si v s eran HDM, a diferencia de la formación de abajo hacia arriba de CDM que da como resultado las estructuras que vemos. No es nuevo, pero *están* completamente descartados, a menos que v son como 10 eV y no sabemos nada :D
Además, creo que v las oscilaciones solo 'prueban' una diferencia de masa, no una masa para las tres especies. Pero, eso es ser un poco pedante, lo siento.
@ user12345 no hay problema, pero las tres diferencias de masa medidas implican que al menos los dos neutrinos más pesados ​​​​tienen masa. Probablemente los tres tienen masa...
Sí, de lo contrario sería un universo bastante extraño.
No es correcto afirmar que " Se sabe que la cantidad total de materia oscura en el universo debe ser unas 5 veces la materia ordinaria (bariónica) para explicar el CMB medido por WMAP ". Esto es una conjetura ; no es "conocido".
@HarryMacpherson Estás equivocado. Hay una ENORME cantidad de evidencia detrás del Modelo Estándar de Cosmología y el modelo estándar dice DM = 5 x Materia Ordinaria. Consulte en.wikipedia.org/wiki/Lambda-CDM_model . El CMB solo es una gran parte de la evidencia, pero también hay muchas otras fuentes. Esa cantidad de evidencia está MUCHO más allá del nivel de "conjetura".
No, @FrankhH, eres tú el que está mal. Usted dice " Hay una ENORME cantidad de evidencia detrás del Modelo Estándar de Cosmología y el modelo estándar dice DM = 5 x Materia Ordinaria ". Esa no es una base para decir " se sabe " que el universo contiene mucha materia oscura . . Se busca materia oscura pero aún no se ha encontrado. Se conjetura su existencia. Hay varios otros modelos que no requieren materia oscura .
@HarryMacpherson: se desconoce la partícula exacta que es la partícula DM y se está buscando y no se han determinado sus propiedades. Sin embargo, se sabe que la DM debe existir y que deben ser partículas. De eso es de lo que hay una gran cantidad de evidencia.
@FrankH: no se sabe que la materia oscura "debe" existir, ni que exista. Incluso si hubiera una gran cantidad de evidencia para ello (que no la hay, lo que hay es una gran cantidad combinada de especulación más evidencia), eso no haría que "se supiera" que existe. Cuanto mayor es la búsqueda sin encontrarlo, más disminuye el peso de la evidencia. No parece que estés aplicando el método científico de formular hipótesis y luego tratar de refutarlas.
@HarryMacpherson: hay nueve clases generales de evidencia para DM: 1. Curvas de rotación de galaxias, 2. Dispersiones de velocidad de galaxias, 3. Cúmulos de galaxias y lentes gravitacionales, 4. Fondo cósmico de microondas, 5. Estudios del cielo y oscilaciones acústicas de bariones, 6 Mediciones de distancia de supernovas tipo Ia, 7. Bosque Lyman-alfa, 8. Formación de estructuras, 9. Bullet Cluster. Cada una de estas clases incluye MUCHAS medidas individuales. Si eso NO es una evidencia abrumadora para la DM, entonces no sé qué podría convencerte. Me rindo. Puedes decir la última palabra. Renuncio.
@FrankH: no se ha observado materia oscura y, por lo tanto, su existencia es especulación, hipotética, por mucha evidencia que haya para ello. Daré la última palabra al mismo artículo de Wikipedia del que obtuviste esos puntos , citando las hipótesis alternativas que explicarían la misma evidencia que la hipótesis de la materia oscura: 1) Masa en dimensiones extra, 2) Defectos topológicos, 3) Gravedad modificada, 4) Fractalidad del espacio-tiempo.
El primer enlace está roto de nuevo. Realmente me gustaría ver la lógica contra los neutrinos fríos resumida aquí.
@quuxman: eliminé el enlace roto y agregué lo que recuerdo que era el argumento de lo que habría dicho el enlace.
Los neutrinos no son relativistas hoy.
@RobJeffries: ¿tiene una referencia que indique esto? No creo que sepamos esto a ciencia cierta. Podría tener razón si todas las masas de los neutrinos son lo suficientemente pesadas, pero no tenemos restricciones sobre la masa del neutrino más ligero. Entonces, ese neutrino aún podría ser extremadamente relativista.
@RobJeffries: además, incluso si todos los neutrinos de hoy no son relativistas, aún podrían haber sido relativistas en el universo primitivo cuando se necesitaba materia oscura fría para provocar el crecimiento de estructuras.
@FrankH Sí, los neutrinos son materia oscura caliente porque eran muy relativistas en una época en la que el horizonte contenía las masas de las estructuras cósmicas a las que uno se refiere.
@FrankH El neutrino más masivo debe tener más de 0.04 eV. La suma de los tres se ha estimado entre 0,3 y < 2 eV. Temperatura actual de neutrinos 1.95K. Asi que k T / metro v C 2 ∼ 10 − 3 , por lo que no es muy relativista. Realmente no importa lo que le pase al más ligero ya que los sabores oscilan.
@RobJeffries: gracias por la educación. Corregiré mi respuesta...
@RobJeffries: " Los neutrinos no son relativistas hoy ". ¿Quiere decir que los neutrinos primordiales (aquellos producidos durante o poco después del Big Bang) no son relativistas hoy? ¿No son todos los neutrinos que podemos detectar actualmente (del Sol, de los reactores nucleares, brevemente de SN 1987A, etc.) relativistas, principalmente porque actualmente no podemos detectar neutrinos con energías más bajas?
@KeithThompson Sí, fui descuidado. Quiero decir que los neutrinos primordiales ahora no son muy relativistas. Los neutrinos de estrellas, supernovas, etc. son .
@RobJeffries: Cosas geniales, gracias. Más información: en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_neutrino_background

La materia oscura caliente podría ser en parte neutrinos, pero (probablemente) no interactúan lo suficiente como para haber sido responsables de la formación inicial de galaxias.

¿Me equivoco al concluir que tampoco podrían explicar las curvas de rotación de las galaxias? Esos sugieren una distribución de halo de materia oscura alrededor de los centros de las galaxias. Los neutrinos no tendrían esa distribución espacial, ni cuando se formaron en el big bang ni en reacciones nucleares posteriores.
@MSalters: Esa es, en esencia, la razón por la que las personas distinguen entre materia oscura caliente y fría. Para explicar tanto la estructura del cosmos como las curvas de rotación, tiene que enfriarse lo suficiente como para acumularse en/alrededor de las galaxias.
@MSalters Su pregunta es digna de una mayor discusión. Las estimaciones actuales de la masa de los neutrinos los hacen ahora no relativistas y capaces de ser capturados por galaxias y cúmulos. Dependiendo de la masa exacta de neutrinos, se podrían tener aumentos de densidad de neutrinos de factores de 10 alrededor de galaxias grandes.
Sin embargo, esta mejora aún no proporcionaría ni cerca de la masa requerida para explicar las curvas de rotación de las galaxias.
" ellos (probablemente) no interactúan lo suficiente " debido a las altas velocidades?

Los neutrinos del Big Bang se han desplazado hacia el rojo a ~2K = ~0,0002 eV, que es considerablemente más bajo que el mejor límite superior actual de la masa en reposo de los neutrinos (0,1eV). No tenemos forma de detectar directamente el flujo de neutrinos a esta baja energía y los métodos indirectos para deducirlo son, en el mejor de los casos, tentativos. Entonces, los neutrinos primordiales podrían ser un componente significativo de la materia oscura Fría/Cálida. no lo sabemos

Cuando te refieres a los "neutrinos del big bang", ¿qué historia tienes en mente para ellos? ¿Habrían pasado por algún período de equilibrio térmico y luego se habrían desacoplado? Si es así, ¿no estaría restringida su abundancia por la física de partículas conocida?
Dicho límite superior sería extremadamente alto debido a la probabilidad extremadamente baja de los neutrinos de interactuar con cualquier cosa. Y tal límite superior debe tomarse con un gran grano de sal hasta que alguien unifique QM con relatividad. Recuerdo que se necesitaría un año luz de plomo para bloquear aproximadamente la mitad de cualquier flujo de neutrinos. Coincidentemente, la masa de un año luz cúbico de plomo a 11,3 g/cm^3 estaría dentro de un orden de magnitud de la masa total del universo observable. Es decir, un neutrino tendría que atravesar la mayor parte del universo para ser reabsorbido, en promedio.
pero no necesitarías un año luz cúbico de plomo para bloquear un neutrino dado, solo un año luz multiplicado por el área de la sección transversal del neutrino. aunque supongo que lo que estás diciendo es que si integras todos los neutrinos primordiales, tienes que tener un año luz cúbico.
Pero los mismos cálculos que te dan la temperatura te dicen cuántos debe haber y por lo tanto Ω v ∼ 0.003 .
Sí, esta respuesta no es correcta, el cálculo da como resultado Ω h 2 ≃ ∑ i metro i 93  MeV , ver cualquier revisión sobre este tema

Los neutrinos fríos que se agruparon formarían un condensado de Fermi-Dirac. A diferencia de los electrones en un átomo, no habría repulsión mutua y los números cuánticos podrían aumentar verdaderamente "astronómicamente". Para un gran concentrado, todos menos los primeros contribuyentes de neutrinos estarían lejos de ser fríos. Tal concentrado se comportaría como una enorme bola pesada de líquido muy enrarecido e inobservable que es exactamente lo que se ve en una galaxia espiral barrada, la barra está en el líquido donde g varía con r y los brazos espirales están afuera, sujetos a la inversa ley cuadrada. Los neutrinos fríos pueden haber existido desde el universo primitivo, pero otra fuente podría ser los agujeros negros donde pueden derramarse como la radiación de Hawkinge o como resultado de la aniquilación del disco de acreción en el horizonte de eventos.

La repulsión de electrones no cambia el número de ocupación atómica de ninguna manera cualitativa, solo hace que los átomos sean un poco más grandes de lo que serían de otro modo, no por un factor de 10. Aquí no se asume que los neutrinos son fríos, tendrían que estar moviéndose absurdamente lento para que eso suceda. Los neutrinos no se emiten como Hawking hasta que el agujero negro se vuelve tan pequeño como la longitud de onda Compton del neutrino, que no es infinita (los neutrinos son masivos).
¿Cómo sabemos que la materia oscura no son simplemente neutrinos?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v