¿Se aplica el término "materia oscura" a cuerpos no luminiscentes que aún interactúan electromagnéticamente?

Sé que hemos tenido esta discusión en el sitio de Astronomy SE, pero permítanme tratar de elaborar mi respuesta.

La materia oscura es un componente del universo completamente diferente de la materia bariónica. Causa la misma dinámica general cuando se trata del universo como un todo. Lo que quiero decir con esto es que el parámetro Hubble:

sigue siendo el mismo. En consecuencia, la edad del universo, el tiempo retrospectivo de los objetos en el universo, la distancia a cosas como el horizonte cosmológico, el CMB, ..., todas estas cosas siguen siendo las mismas, ya que:

PERO, puede que te estés preguntando: ¿Qué cambia si cambias la proporción de materia oscura a materia bariónica? La respuesta es que, estadísticamente, la estructura se vería diferente. El espectro de energía del universo se vería considerablemente diferente. A continuación, se muestra una imagen del espectro de potencia medido por el satélite Planck (el rojo corresponde a las observaciones y el verde corresponde a la predicción del modelo cosmológico LCDM): muy bien ajustado, ¿verdad?

Lo que realmente cambia en esta imagen (si tuviera que ajustar a mano la relación entre la materia oscura y la materia total) son las alturas relativas de los picos en el espectro de potencia. Esto se debe a que el "frío" en la materia oscura fría surge del hecho de que la materia oscura no interactúa electromagnéticamente, por lo que en el universo primitivo se enfrió más rápidamente que la materia bariónica, formando sobredensidades en el universo primitivo que la materia bariónica más tarde caería y formaría las estructuras que vemos hoy. Si la materia oscura estuviera realmente compuesta de cosas como estrellas de neutrones y enanas marrones (como usted dice tanto aquí como en Astronomy SE), que absolutamente están compuestas de material que se puede descomponer en quarks, entonces se vería obligado a concluir que el El universo primitivo no tenía tal componente de materia oscura. Esto te daría unespectro de potencia totalmente diferente , y sería absolutamente inconsistente con el espectro de potencia que hemos medido observacionalmente.

La alternativa es que nuestras teorías están equivocadas, y que no existe tal componente en el universo que se comporte gravitatoriamente igual que la materia normal, pero que no interactúe electromagnéticamente. Esta es absolutamente una posibilidad. Otra posibilidad es que la materia oscura en realidad esté compuesta de partículas que sabemos que existen, pero que tienen masa y, además, deben ser neutras (las partículas neutras no interactúan a través de la fuerza electromagnética); es por eso que varios tipos de neutrinos ( o simplemente los propios neutrinos si tienen las masas adecuadas) se han propuesto como posibles candidatos a partículas de materia oscura.

Cosas como estrellas de neutrones, enanas marrones y blancas, son todos los productos finales de las estrellas de secuencia principal, que están compuestas de varios gases, que son, por supuesto, átomos. No importa cuán débiles sean en realidad, son característicamente diferentes de lo que pensamos que es la materia oscura. Por cierto, su declaración de que no emiten radiación EM por sí mismos es simplemente incorrecta. Emiten fotones. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente, altamente magnetizadas, y las enanas marrones y blancas son muy débiles porque se han salido de la secuencia principal en el diagrama HR y, por lo tanto, no se fusionan al mismo ritmo que antes.

No sé qué constituiría exactamente una respuesta aceptable a esta pregunta, pero siempre he entendido que la materia oscura es cualquier materia que no radia, como los agujeros negros, como materia oscura. Mi opinión probablemente no cuenta mucho. Aquí está wikipedia . Claramente hablan de materia oscura bariónica, por lo que la materia oscura no solo se refiere a WIMP o cosas más exóticas; también puede referirse a bariones.

Pero sabes que el lenguaje puede ser una cosa divertida. Tal vez alguien podría generar uno de estos mapas diciendo si la materia oscura puede ser de naturaleza bariónica.

En realidad, hay DOS problemas de materia oscura y al menos dos componentes de la "materia oscura".

Los dos problemas de la materia oscura son (i) que la mayor parte de la materia del universo parece no ser bariónica y no interactúa con la materia bariónica (a menos que sea muy débil); (ii) la mayor parte de la materia bariónica aún no se ha encontrado; la fracción que está en materia luminosa asociada con galaxias, etc. es demasiado pequeña.

El presente modelo de concordancia de la cosmología es que$\Omega_M \simeq 0.32$- es decir, el 32% de la densidad crítica del universo está en forma de materia, tal como se define a los efectos de la inserción en las ecuaciones de Friedmann. Por otro lado, también sabemos por las limitaciones proporcionadas por el fondo cósmico de microondas y las estimaciones de las abundancias primordiales de helio y deuterio, que la densidad de la materia bariónica$\Omega_B \simeq 0.049$(por ejemplo, colaboración de Planck 2018 ). También estimamos simplemente mirando la materia luminosa en el universo y multiplicando por alguna supuesta relación masa-luz que la cantidad de materia "luminosa" en el universo$\Omega_L \sim 0.01$.

Por lo tanto, hay dos problemas: la brecha entre$\Omega_M$y$\Omega_B$y la brecha entre$\Omega_B$y$\Omega_L$.

Es posible que la última brecha se esté cerrando ahora debido al descubrimiento del medio intergaláctico cálido-caliente , pero los remanentes compactos, los agujeros negros de tamaño estelar, las enanas blancas frías, las pelotas de golf perdidas, etc. también son candidatos para llenar el vacío.$\Omega_B-\Omega_L$brecha. Numerosas fuentes han impuesto restricciones bastante fuertes a estas cosas, al menos en lo que respecta a estimar su contribución a la materia oscura galáctica; y es probable que sean contribuyentes muy pequeños. Se clasificarían como materia oscura bariónica y son oscuros solo en el sentido de que son débiles/indetectables con la tecnología actual (aunque en el caso de los agujeros negros, eso siempre será cierto). Se forman a partir de materia bariónica que estuvo presente en la época de la nucleosíntesis primordial. No pueden/no hacen una contribución a la materia oscura no bariónica.

A lo largo de los años ha habido un cambio, acorde con la exclusión gradual de varios candidatos bariónicos para la materia oscura, para referirse exclusivamente al componente no bariónico como "la materia oscura". Esta es una definición más precisa, ya que la materia oscura no bariónica no interactúa electromagnéticamente en absoluto.

Hay algunas áreas grises, por ejemplo, los agujeros negros primordiales. La convención general es que si los agujeros negros estuvieron allí durante la época de la nucleosíntesis, entonces no pueden haber contribuido bariónicamente a esa nucleosíntesis y se tratan como materia oscura no bariónica. Si se formaron después de la nucleosíntesis, serían materia oscura bariónica. Surge más gris porque los agujeros negros son ciertamente capaces de barrer algo (pero no mucha) materia oscura no bariónica después de que se hayan formado e incluso puede ser que las interacciones débiles permitan que la materia no bariónica quede atrapada en objetos densos y compactos como el blanco. enanas y estrellas de neutrones.