¿Puede el Sol capturar materia oscura gravitacionalmente?

Bueno, como cualquier otra cosa que viene de partes distantes, vuelve a salir sin una transferencia de impulso de tres cuerpos o algún tipo de interacción no gravitacional.

Si asume una forma de materia oscura que interactúa débilmente, entonces creo que la respuesta tiene que ser sí, pero la tasa probablemente se ve acelerada por la sección transversal de interacción débil de sus WIMP.

(versión editada. Mi agradecimiento a Rob por aclarar mis malentendidos)

Como escribe dmckee, las interacciones débiles entre las partículas de DM y los bariones son necesarias para capturar la materia oscura, de lo contrario, las partículas que ingresan al sistema solar simplemente se moverían a través de él y eventualmente lo abandonarían nuevamente.

Más específicamente, la velocidad rms local de las partículas de DM se suele estimar aproximando el halo de DM con un perfil de esfera isotérmica con una distribución de velocidad maxwelliana. Si$\sigma$es la dispersión de la velocidad, entonces se puede demostrar que la velocidad rms (DM) es$v_\text{DM}=\sqrt{3}\sigma$y la velocidad circular (solar) es$v_\odot\approx \sqrt{2}\sigma$, de modo que$v_\text{DM} \approx\sqrt{3/2}v_\odot \approx 270\;\text{km/s}$. Si las partículas se mueven a través del sistema solar y entran al Sol, su velocidad habrá aumentado más allá de la velocidad de escape solar. Sin embargo, si se produce una dispersión suficiente entre estas partículas y los núcleos del Sol, estas interacciones podrían reducir su velocidad, de modo que podrían ser capturadas y quedar atrapadas dentro del Sol.

De hecho, este es un campo activo de investigación, porque las partículas de MS capturadas podrían tener efectos detectables, dependiendo de sus propiedades. En particular, los modelos sugieren que las partículas con baja masa (4 - 10 GeV), pequeñas secciones transversales de aniquilación y grandes secciones transversales de dispersión elástica dependientes del espín podrían alterar significativamente la temperatura central, el transporte de energía y el flujo de neutrinos del Sol. Además, podrían tener un efecto observable en la evolución estelar de otras estrellas. Por lo tanto, las comparaciones entre modelos estelares y observaciones pueden imponer restricciones a las propiedades de DM.

En la mayoría de los modelos, el proceso de captura de DM se considera una combinación de la gravedad y la dispersión elástica dependiente e independiente del espín en el Sol. Pero también se están estudiando modelos de dispersión inelástica.

La literatura es extensa (y no es mi área de especialización), pero daré algunas referencias para obtener más información:

El documento pionero es

Distribución de partículas masivas de interacción débil y evaporación del sol (Gould, 1987)

Otros artículos interesantes:

WIMPs de luz en el sol: limitaciones de la heliosismología

Efecto de partículas de materia oscura de baja masa en el Sol

Primeros límites astrosísmicos sobre la naturaleza de la materia oscura

La materia oscura asimétrica y el Sol

Revisión de la materia oscura asimétrica

y referencias en el mismo.

Su número de 100 km / s puede ser cierto para la "velocidad promedio", pero probablemente esté muy lejos de la velocidad de la "raíz cuadrática media". La materia oscura puede estar, en promedio, orbitando el potencial galáctico con todo lo demás, sin embargo, los WIMPS individuales tendrán una velocidad mucho mayor, lo que hará que el$v_{rms}$muy alto. (esta alta velocidad se deriva de las suposiciones estándar sobre las interacciones de la materia oscura)

Una vez que estamos de acuerdo en que tienen velocidades tan altas individualmente, queda claro por qué su alto momento angular les impide acumularse alrededor del sol.