Proporción de materia convencional a materia oscura, fuera de las galaxias

Déjame ver si puedo responder al menos algo de esto.

1. Sí, hay materia oscura entre las galaxias. Esto se demuestra por el hecho de que en los grupos y cúmulos de galaxias se necesita más materia oscura de la que se encuentra en las propias galaxias para explicar lo que sucede: en términos de por qué los grupos o cúmulos están unidos gravitacionalmente a pesar de las velocidades extremas de la galaxias dentro de los grupos/cúmulos; por qué el gas que emite rayos X en los cúmulos es tan caliente y de alta presión y aún así está confinado al cúmulo; y para explicar la lente gravitatoria de las galaxias de fondo por los cúmulos. (También respaldado por observaciones de cosas como el efecto Sunyaev-Zeldovich en grupos).

   (De hecho, la evidencia más antigua de materia oscura fueron las velocidades extremadamente altas de las galaxias dentro de los cúmulos, según lo medido por Fritz Zwicky en la década de 1930. Este es también uno de los modos de falla de la Dinámica Newtoniana Modificada como alternativa a la materia oscura: incluso si crees que puedes deshacerte de la materia oscura dentro de las galaxias, aún terminas necesitando materia oscura dentro de los cúmulos de galaxias, además de las propias galaxias).

   Y, por supuesto, los modelos cosmológicos indican que la materia oscura representa alrededor del 25 % de la densidad crítica del universo. Para tener tanta materia oscura, tienes que tener más materia oscura que la que hay dentro de las galaxias individuales.

2. "Si hay materia oscura entre las galaxias. ¿Sabemos o creemos: cuál es la proporción de materia oscura ahí fuera?" Creo que la forma más sencilla de responder a esto sería tomar la proporción de materia oscura/materia bariónica para el universo como un todo, según lo determinado por las observaciones y modelos cosmológicos actuales. Esto da una relación de aproximadamente 5:1.

3. "Las galaxias existen en filamentos y paredes. ¿La materia oscura hace esto? ¿O está distribuida uniformemente?" Sí, la materia oscura hace esto. La razón por la que vemos galaxias en filamentos, cúmulos y paredes es porque la materia oscura se ha agrupado gravitacionalmente en esas estructuras; en esta escala, las galaxias están básicamente en camino, siguiendo el tirón gravitatorio de lo que está haciendo la materia oscura. La razón por la que las galaxias existen en filamentos se debe a la distribución desigual de la densidad de la materia regular y oscura en todo el universo. Una sobredensidad hace que la materia colapse para formar (por ejemplo) una galaxia, pero la sobredensidad puede ser asimétrica. Esto lleva a que el colapso ocurra más rápido en una dirección particular, causando que las galaxias se formen en filamentos (ver, por ejemplo,este documento de resumen para obtener una descripción general).

   Esta página tiene imágenes de una simulación cosmológica a gran escala (la Simulación del Milenio). La mayoría de las imágenes que muestran la estructura filamentosa en diferentes escalas muestran solo la materia oscura .

La respuesta breve a su pregunta es no, no hay materia oscura entre las galaxias, al menos en un nivel apreciable.

Hay materia ordinaria entre las galaxias, llamada medio intergaláctico (IGM). El IGM es un gas caliente extremadamente diluido que impregna el espacio entre las galaxias. La densidad típica de la IGM es de aproximadamente un átomo de hidrógeno por metro cúbico y su temperatura ronda los 10^6 K. Estas altas temperaturas mantienen la IGM en equilibrio de presión con cualquier galaxia y evitan que colapse sobre las galaxias.

La materia oscura, sin embargo, es fría y carece de la presión de soporte del gas en el IGM, por lo que se condensa en galaxias. [1] Una diferencia interesante entre la materia oscura y la materia ordinaria es que la materia oscura carece de cualquier tipo de mecanismo de enfriamiento. Como resultado, cuando la materia ordinaria colapsa en una galaxia, puede enfriarse y condensarse en un espacio relativamente compacto y luego formar estrellas y planetas. La materia oscura, sin embargo, permanece extendida porque no tiene forma de desprenderse de su energía potencial gravitatoria. Por lo tanto, las galaxias exhiben un halo sustancial de materia oscura, donde la proporción de materia oscura a materia ordinaria aumenta sustancialmente a unos pocos radios galácticos del centro. Dentro de la propia galaxia, la materia ordinaria es dominante en al menos un orden de magnitud,

Una pregunta interesante es si existen o no halos de materia oscura en el espacio intergaláctico sin una galaxia anfitriona correspondiente en el centro. Por lo que podemos decir, la respuesta a eso parece ser no, o al menos, tales estructuras deben ser bastante pequeñas y extremadamente raras. Hay galaxias enanas (solo 10 ^ 6 masas solares más o menos) que tienen enormes halos de materia oscura (muy fuera de proporción con su tamaño, en relación con la Vía Láctea), pero casi todos los halos parecen tener al menos algo de materia ordinaria presente. no importa lo débil que sea.

Los vacíos cósmicos son un ejemplo aún más extremo. Los vacíos están dominados por energía oscura y, por lo tanto, se expanden más rápidamente que el resto del universo. Los vacíos tienden a empujar cualquier materia (oscura o no) hacia las paredes que los separan de los vacíos circundantes. En un sentido real, el universo está hecho de vacíos y todo lo que sabemos se encuentra en las paredes y los filamentos que los separan. Este artículo examinó los halos de materia oscura en los vacíos cósmicos y esencialmente encontró que no había ninguno. En otras palabras, descubrieron que los halos de materia oscura en los vacíos cósmicos tienen galaxias anfitrionas con la misma frecuencia que los halos de materia oscura fuera de los vacíos cósmicos (es decir, casi siempre).

[1]: Para ser absolutamente pedante, no dudaría de que hay algunas partículas de materia oscura zumbando en el espacio intergaláctico. Pero me sorprendería si su densidad excediera la densidad (ya insignificante) de la materia ordinaria en el IGM.