¿Puede la materia oscura ser materia normal después de todo? [duplicar]

En primer lugar, existe el requisito de que la materia oscura no sea bariónica .

Hay múltiples razones para esto. Los más importantes son la comparación entre la densidad de materia del universo implícita en las mediciones del fondo cósmico de microondas (CMB) en comparación con la densidad de materia bariónica en el universo implícita en las mediciones de las abundancias primordiales de helio y deuterio. El primero sugiere que$\Omega_M \sim 0.3$(30 por ciento de la densidad de energía total del universo), mientras que este último sugiere que$\Omega_b \sim 0.05$. Es decir, parece haber seis veces más materia gravitante en el universo que la necesaria para producir la abundancia de elementos químicos sintetizados durante el big bang.

En segundo lugar, se requiere materia no bariónica que no interactúe fuertemente consigo misma o con la materia "normal" para formar las galaxias y los cúmulos de galaxias que vemos hoy en el universo. Sin esa materia oscura, es difícil entender cómo las minúsculas fluctuaciones que se ven en el fondo cósmico de microondas pueden convertirse en las estructuras que vemos hoy en el universo. Si esta materia adicional fuera bariónica, habría sido evidente en el CMB.

Ahora bien, estos dos fragmentos de evidencia se aplican al universo en su conjunto y, en cualquier caso, es cierto que la "materia luminosa" que podemos ver y contar puede no alcanzar la cantidad de materia bariónica que se supone que está presente. (aunque solo por un factor de 2 más o menos). Por esa razón, todavía es posible plantear la hipótesis de que la materia oscura que gravita en nuestra propia galaxia, que se requiere para explicar la curva de rotación plana, podría tener la forma de algo bariónico que no emite mucha luz. Los candidatos serían estrellas de muy baja masa y enanas marrones, viejas enanas blancas, estrellas de neutrones, agujeros negros, ladrillos, pelotas de golf perdidas, etc.

Estas posibilidades (bueno, tal vez no las pelotas de golf perdidas) se tomaron muy en serio en las décadas de 1980 y 1990. Uno de los problemas con estas hipótesis es que la materia oscura galáctica gravitante necesita estar distribuida aproximadamente esféricamente y tener una distribución radial mucho mayor que la distribución de la materia luminosa. Esto inmediatamente da un "problema de orígenes". ¿ Por qué estos objetos oscuros se distribuirían de manera muy diferente a la materia normal? Después de todo, creemos que las estrellas de baja masa y las enanas marrones se producen como otras estrellas y que las enanas blancas, los agujeros negros y las estrellas de neutrones son los puntos finales en la vida de las estrellas más masivas que el Sol que se distribuyen principalmente en un disco.

Sin embargo, la gente los buscó. La herramienta principal fueron las encuestas de microlentes. Al observar los campos hacia el bulto galáctico y las nubes de Magallanes, la idea era limitar las poblaciones de "objetos de halo compactos masivos" (MACHOS) que podría haber, buscando los eventos de aumento que ocurren cuando tales objetos pasan directamente frente a ellos. una estrella de fondo. Estos experimentos (y hubo varios) básicamente descartaron que MACHOS proporcionara algo más que una pequeña proporción de la materia oscura de la Vía Láctea (por ejemplo, el resultado principal de Tisserand et al. de 2008 fue que MACHOS en el rango$6\times 10^{-8} < M/M_\odot <15$fueron descartados).

Por lo tanto, se descarta que una población de enanas blancas, estrellas de neutrones, agujeros negros, enanas marrones u otras estrellas en este rango de masas contribuya significativamente a la materia oscura en la Vía Láctea y las otras evidencias de que se requiere materia oscura no bariónica. como contribuyendo más que una minoría de la materia oscura desde ese punto de vista también.

Los agujeros negros primordiales son algo completamente diferente. Estos se clasificarían como materia oscura "no bariónica", ya que se formaron antes de la época de la nucleosíntesis. En principio, podrían estar fuera de los rangos de masa probados por los estudios de microlente y, mientras no fueran demasiado pequeños, no se habrían evaporado. El estado de esta idea no está claro. Puede seguir el resumen y las referencias en https://en.wikipedia.org/wiki/Primordial_black_hole y ver la reseña de Carr & Kuhnel (2020) . Sin embargo, las observaciones de Bullet Cluster en realidad tienen poco que decir sobre la naturaleza de la materia oscura, solo que es difícil describir tales observaciones con teorías de gravedad modificadas.

Las estimaciones de las masas de las galaxias se basan en gran medida en la relación masa-luminosidad, que, sin embargo, es bastante incierta para las estrellas de baja masa. A partir de los datos en http://adsabs.harvard.edu/full/2004ASPC..318..159H , se encuentra que las masas de las estrellas de baja masa se desvían de la curva teórica de masa-luminosidad en un factor de 2 o más. Teniendo en cuenta que alrededor del 50% de la masa estelar de una galaxia consiste en estrellas de baja masa (enanas rojas), al menos parte de la 'materia oscura' podría explicarse por estimaciones de masa incorrectas para esas estrellas.

//Editar en vista del comentario a continuación://

En primer lugar, existen numerosos valores para la proporción de materia oscura/visible flotando. 10x es realmente solo el límite superior. En segundo lugar, el documento que cité hizo una estimación bastante conservadora con un error del 10% para la masa estelar galáctica. A partir de sus datos, es bastante evidente que muchas estrellas de baja masa tienen aproximadamente 1-2 magnitudes visuales absolutas por debajo de la curva teórica, lo que se traduce en una masa 3-4 veces mayor (incluso considerando la ley de potencia de masa-luminosidad más superficial para masas pequeñas). Incluso si el promedio de todas las estrellas de baja masa es solo 2 veces mayor, esto es un error del 100 % y, por lo tanto, un error del 50 % para toda la masa de la galaxia.

Además de esto, puede haber otros errores. Por ejemplo, las curvas de rotación galáctica generalmente se obtienen midiendo las velocidades de los gases, no las velocidades estelares, y las velocidades de los gases pueden verse afectadas por los campos electromagnéticos durante las etapas de ionización (lo que también sería consistente con la salida de gas de alta energía de las galaxias).

Además, se han observado galaxias que muestran poca o ninguna evidencia de materia oscura (ver https://en.wikipedia.org/wiki/NGC_1052-DF2 ).

Por lo tanto, no creo que la precisión de las observaciones, así como los modelos teóricos, sea lo suficientemente buena como para llegar a resultados concluyentes aquí.