Diferentes parámetros de densidad de materia oscura fría de observaciones del Universo temprano y tardío

El parámetro de densidad de materia oscura fría$\Omega_c = 0.2589 \pm 0.0057$no es una constante. Lo que has citado es el valor actual de$\Omega_c$es decir, su valor en este momento.

a la vez$t$la fracción de materia oscura será:

dónde$\rho_r$es la densidad de la materia relativista (fotones y neutrinos),$\rho_m$es la densidad de la materia ordinaria,$\rho_{dm}$es la densidad de la materia oscura y$\rho_\Lambda$es la densidad de la energía oscura. Sin embargo, las diversas densidades no escalan de la misma manera con la expansión del universo. Específicamente si$a(t)$es el factor de escala y$\rho_{r0}$etc. significan las densidades de corriente entonces:

Las dos formas de materia tienen densidades inversamente proporcionales al volumen, como era de esperar. Sin embargo, la densidad de materia relativista cae como$a^{-4}$porque tiene una presión y hace trabajo a medida que se expande. La densidad de la energía oscura es constante y no depende de$a(t)$porque es una propiedad del espacio.

Así que si tomas el límite de$a \to 0$, es decir, acercarse al Big Bang, el$a^{-4}$dependencia de$\rho_r$significa que dominará$\Omega_r \approx 1$y$\Omega_m \approx \Omega_{dm} \approx \Omega_\Lambda \approx 0$. Del mismo modo que$a \to\infty$la enegía oscura dominará así que$\Omega_\Lambda \approx 1$y$\Omega_r \approx \Omega_m \approx \Omega_{dm} \approx 0$.

Calcular$\Omega_{dm}$en función del tiempo requiere una integración numérica ya que no hay una solución analítica. Sin embargo, avanzando en el tiempo$\Omega_{dm}$caerá cuando la energía oscura llegue a dominar. Retrocediendo en el tiempo$\Omega_{dm}$subirá a un máximo y luego, más cerca del Big Bang, caerá nuevamente a medida que la materia relativista comience a dominar.

El$\Lambda$El modelo CDM , el modelo estándar de cosmología, implica que el parámetro de densidad de materia oscura fría (CDM) actual es$\Omega_c=0.2589±0.0057$. Así, de acuerdo con el modelo estándar cosmológico, CDM constituye$\sim 80\%$de la densidad actual de la materia.

Ningún problema. Creo que la mayoría de la gente está bastante contenta con eso. Bueno, al menos lo soy. Esas curvas planas de rotación galáctica no están ahí por nada. Por lo tanto, tenemos el pastel de materia oscura:

Esto se infiere de las observaciones del Universo primitivo, como el Fondo Cósmico de Microondas (CMB) o las Oscilaciones Acústicas Bariónicas (BAO), y cambia con el tiempo (perdón por mi declaración inexacta anterior).

Sin embargo, tenga en cuenta que estamos tratando con un modelo en lugar de un hecho científico sólido. En realidad, no sabemos que las proporciones cambian con el tiempo. Pero es divertido patear este tipo de cosas.

Mi pregunta real es: ¿hay observaciones locales (es decir, del Universo tardío), por ejemplo, de las curvas de rotación de galaxias cercanas, que dan una diferente$\Omega_c$?

No estoy seguro de que le den una diferencia$\Omega_c$pero hay observaciones que causan problemas. Véase, por ejemplo , la materia oscura domina en la galaxia enana cercana : "La masa total que medí fue mucho, mucho mayor que la masa del número total de estrellas, lo que implica que hay una tonelada de materia oscura densamente empaquetada que contribuye a la masa total", Kirby dice. "La proporción de materia oscura a materia luminosa es la más alta de todas las galaxias que conocemos. Después de haber hecho mis mediciones, estaba pensando: guau".

Leí aquí que el contenido CDM de nuestra Vía Láctea es$95\%$y aquí que hay incluso galaxias compuestas de hasta$99.99\%$de MDL.

Eso es lo que dice la gente: "Los movimientos de las estrellas te dicen cuánta materia hay", dijo van Dokkum. "No les importa qué forma tiene la materia, solo te dicen que está ahí. En la galaxia de la Libélula, las estrellas se mueven muy rápido Así que hubo una gran discrepancia: usando el Observatorio Keck, encontramos muchas veces más masa indicada por los movimientos de las estrellas, que la masa que hay en las estrellas mismas" . Pero tenga en cuenta que la distribución de la materia ordinaria no es uniforme. ¿Por qué la distribución de la materia oscura debe ser uniforme? Y más concretamente, ¿por qué la distribución de la energía del vacío debería ser uniforme? ¿ Porque la métrica FLRW lo asume ? No sé a ti, pero a mí no me gustan las suposiciones en mi ciencia.

Por lo tanto, me preguntaba si se permitiría observar un mecanismo que condujera a la producción adicional de materia CDM en el Universo tardío, de modo que el$\Lambda$El modelo CDM solo es correcto en el Universo primitivo.

Creo que sí. Pero solo si la materia oscura no está compuesta de partículas, sino que son variaciones espaciales de densidad de energía. Una estrella es una concentración de energía en forma de materia que causa gravedad en el espacio circundante. Pero tenga en cuenta lo que dijo Einstein : "la energía del campo gravitatorio actuará gravitatoriamente de la misma manera que cualquier otro tipo de energía" . Esa es una concentración de energía espacial que causa gravedad en el espacio circundante. Consulte artículos como Inhomogéneo y energía de vacío interactiva de Josue De-Santiago, David Wands, Yuting Wang. Piense en el espacio como una cosa con su energía de vacío, no como una nada. Entonces dite a ti mismo el espacio se expande entre las galaxias pero no dentro. Entonces, la densidad de energía espacial dentro de una galaxia muy antigua sería alta en comparación con el espacio circundante. Esa energía tiene una equivalencia de masa. Parecería que había mucha materia oscura presente. Y en caso de que no lo hayas notado, el espacio está oscuro .

Como lo formulé en la pregunta inicial: ¿estaría en contradicción con cualquier observación tener$\sim 25\%$de CDM en el Universo primitivo, pero hasta$\sim 30\%$en el Universo actual (así creado muy recientemente), medido por ejemplo por las curvas de rotación de las galaxias?

No que yo sepa. Tenga en cuenta que si el universo primitivo era homogéneo, entonces la densidad de energía espacial habría sido totalmente uniforme y parecería que no había materia oscura en absoluto.