¿Podría la luz ser materia oscura?

¿Es posible que la luz misma sea materia oscura? Estoy hablando de fotones (por ejemplo, luz visible, infrarrojos, ultravioleta, etc...). Me doy cuenta de que se entiende que la luz no tiene masa, pero es obvio que al menos contiene energía porque podemos ver con ella (por ejemplo, energiza las células de nuestras retinas). Me pregunto si la luz tiene una "masa neta" muy pequeña (por ejemplo, 0 masa * velocidad infinitamente relativista). Yo pensaría que la luz al menos tiene un poco de masa, en proporción a su energía. Por ejemplo, tome E = mc ^ 2, luego m = E / c ^ 2 describiría cuánta masa tiene. Si esto es cierto, la luz también debería tener muy poca gravedad. Aunque el efecto parezca mínimo, la luz está prácticamente en todas partes. La gravedad de la luz estaría más concentrada dentro de las galaxias, y aún más concentrada en el centro de las galaxias donde hay muchas estrellas (como lo está la materia oscura). Sería interesante ejecutar los cálculos, asumiendo que la luz tiene gravedad, y ver si esto coincide con las observaciones gravitatorias de la materia oscura en el universo. Sería divertido e irónico que la materia oscura fuera realmente luz.

Editar: tenga en cuenta que parece que la luz tiene gravedad según las discusiones aquí: ¿Cómo afecta la luz al universo? Si eso es cierto, me pregunto si esto es lo suficientemente significativo como para explicar la materia oscura.

Esto parece un poco exagerado y esperaría que si hubiera luz, la veríamos. Además, creo que todos los modelos cosmológicos dan cuenta del efecto de la luz/fotones/radiación. Sin embargo, esta es una correlación extremadamente interesante o una línea de pensamiento de la que creo que estoy absolutamente enamorado. Como no me siento muy cómodo discutiendo detalles sobre cosmología, me gustaría ver las respuestas que tiene la gente. Entonces, un +1. Además, gran pensamiento, sigue así. Este es el tipo de creatividad que conduce a una gran investigación.
La luz se puede detectar y la materia oscura no se puede detectar.
Una pregunta interesante... si sumas toda la energía de todos los fotones "en tránsito" en el universo (en alguna definición de "ahora") y lo comparas con la masa a través de E = mc ^ 2, ¿es algo significativo? hacer (se comporta como masa, por ejemplo, tiene gravedad), es esa masa de alguna importancia, y si es así, ¿de alguna manera explica la llamada materia "perdida" u oscura en nuestro universo, aunque solo sea parcialmente?
De esta manera, estás asumiendo que la luz gravita mucho más que la materia ordinaria.
@AnthonyX Parece que las respuestas y las fuentes de la pregunta vinculada muestran que la luz gravita de acuerdo con la masa que tendría por E = mc ^ 2. Si esto es cierto, la gran pregunta es, ¿es esto suficiente para explicar la materia oscura?
@ Py-ser Me gustaría ver la cantidad de materia oscura que representa, suponiendo que la masa asociada con la luz (m = E / c ^ 2) gravite como la masa equivalente en la materia normal.
Interesante. Una idea común es que la materia oscura es una WIMP (partícula masiva de interacción débil). Si bien los fotones no parecen interactuar a través de la fuerza nuclear débil, me pregunto si la unificación electrodébil podría darle a la idea de la materia oscura de los fotones un giro interesante.
Esto es bastante interesante. Algunos dicen que si fuera luz, la veríamos, pero ¿lo haríamos? No vemos los fotones que salen del sol, perpendiculares a nuestra línea de visión. No los vemos cuando pasan junto a nosotros en dirección a Júpiter, pero aún así están allí, reflejándose en nosotros. En cierto sentido, vemos el efecto de la luz, pero no la luz en sí misma (como un láser). Siempre me pregunté si era solo que en lugar de admitir que la masa de las cosas es más de lo que pensábamos, decimos que tiene que ser otra cosa.
@fractalspawn Estoy de acuerdo con tu análisis. No vemos la luz a menos que entre en nuestras retinas (o cualquier dispositivo de detección que usemos). Esto significa que hay una enorme cantidad de luz que no vemos. Por ejemplo, no vemos un rayo láser (luz en tránsito), pero vemos el punto donde el rayo incide porque la luz rebota en el objeto y luego entra en nuestros ojos.
La luz no tiene masa. Punto final. Una mejor manera de pensarlo es que la energía contribuye a la curvatura espacial que se interpreta como la fuerza de la gravedad. De cualquier manera, el contenido de luz actual del universo es una fuente insignificante de densidad de energía.

Respuestas (6)

Materia oscura, es solo un nombre para algo de lo que no sabemos nada. Fue nombrado para dar cuenta de una fuente de gravedad adicional para la que ha habido observaciones indirectas, pero aún no podemos explicar.

La fuerza de gravedad ejercida por la luz es insignificantemente pequeña, pero hemos medido que la atracción gravitatoria de la Materia Oscura es lo suficientemente grande como para afectar a galaxias enteras; es lo que une a las galaxias.

Además, hemos incluido todo lo que podemos observar (toda la materia ordinaria, incluidos los fotones) cuando hacemos los cálculos de la cantidad de gravedad que debería haber. Así que la luz ya está allí. La 'materia oscura' es esa gravedad adicional que no podemos explicar.

Parece que la luz puede ser una fuente de gravedad según la pregunta / respuestas a las que me vinculé al final de mi pregunta.
Gracias por señalar ese artículo. Mientras lo leo, está bastante claro que la gravedad causada por la luz es ridículamente pequeña, pero la materia oscura representa una fuente de gravedad incluso mayor que la de la materia ordinaria. Además, incluimos todo lo que podemos observar (toda la materia ordinaria, incluidos los fotones) cuando hacemos los cálculos de la cantidad de gravedad. Así que ya está allí. La 'materia oscura' es esa gravedad extra de la que no podemos dar cuenta.
Consideraría ese comentario como una buena respuesta :-) Si modifica su respuesta con esto, si no obtengo nada mejor, probablemente lo aceptaré como respuesta.
Editado. Me alegro de que lo hayas encontrado lo suficientemente explicativo.
Esto no es correcto. Se llama "materia oscura" porque no se puede ver, pero también porque la mayoría debe estar en una forma que no interactúe electromagnéticamente. Luego la luz no puede ser materia oscura.

La mayor parte de la energía luminosa del universo se encuentra todavía en el fondo cósmico de microondas (CMB). Los materiales de la clase de Física 250 de UC Berkeley de la primavera de 2011 se calculan a partir del hecho de que T = 2.73 para el CMB:

De ello se deduce que los fotones contribuyen sólo 0.0000485 de la densidad de cierre.

La densidad de cierre es la densidad necesaria para cerrar el universo si no hubiera una constante cosmológica. Se ha determinado que la densidad observada del universo es de aproximadamente 0,3 x densidad de cierre.

Por extraño que parezca, esto también responde a una de las otras preguntas que tenía: astronomy.stackexchange.com/questions/4813/… Aceptaría esto como una respuesta a esa pregunta :-)

Como dijo Yashbhatt, podemos detectar la luz: con nuestros ojos (solo luz visible) y con máquinas especiales. También podemos ver los efectos de algún tipo de luces. La materia oscura, sin embargo, no se puede detectar por ahora.

Además, la luz es energía, la materia oscura es materia. ¿Por qué se broncea la piel? Es por la luz ultravioleta. ¿Por qué tienes calor cada verano? Es por la luz infrarroja. La luz tiene un efecto, así que eso es energía: tu piel no se bronceará si no se proporciona energía para que se broncee.

En conclusión, la luz no es materia oscura.

"la materia oscura es materia": hombre, no tenemos absolutamente ninguna pista de lo que ES la materia oscura. No dejes que la nomenclatura te engañe. Lo siento, pero simplemente estás equivocado, amigo.
@horagaston: 'materia' es un término bastante vago sin un significado interdisciplinario completamente consistente. En lo que respecta a la cosmología, la materia oscura es materia. En una relatividad general más abstracta, uno podría incluso entender que también es 'materia', pero hacer una distinción entre 'materia' y 'radiación' es más útil en cosmología. En cambio, lo que me molestaría un poco es la afirmación de que "la luz es energía": es una declaración sin sentido, porque la energía es una propiedad de las cosas, tanto de la luz como de la materia.
@StanLiou bueno, para mí decir "la materia oscura es materia" está mal, sin importar el significado que le asignes. Porque NO SABEMOS qué ES la materia oscura. En cuanto lo defines como algo te engañan. Pero está bien, no le daré más relevancia que esta.

La luz puede representar una pequeña porción de la materia oscura, pero es poco probable que represente la mayor parte o la totalidad.

De un artículo de Wikipedia sobre la materia oscura: http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter

la masa-energía total del universo conocido contiene 4,9 % de materia ordinaria, 26,8 % de materia oscura y 68,3 % de energía oscura.[2][3] Por lo tanto, se estima que la materia oscura constituye el 84,5 % de la materia total del universo, mientras que la energía oscura más la materia oscura constituyen el 95,1 % del contenido total del universo.[4][5]

Ahora que lo pienso más, esto significaría que la mayor parte de la masa del universo sería luz en lugar de materia si la materia oscura fuera luz. Dudo que la mayor parte de la materia (por ejemplo, en las estrellas) se haya convertido en luz, incluso a lo largo de la vida del universo. Creo que el hidrógeno pierde solo una pequeña porción de su masa (como energía / luz) cuando se convierte en helio. Sin embargo, es posible que la radiación cósmica de fondo, que atraviesa casi todas las partes del universo, pueda dar cuenta de una mayor parte de la luz. Todavía dudo que eso sea suficiente para explicar la materia oscura, pero me gustaría ver qué efecto tiene esto. Esto me dice que la luz probablemente no representa toda la materia oscura, pero que aún podría representar una parte de ella. Agradezco más información sobre esto (por ejemplo, qué cantidad de materia oscura es luz, si la hay).

La explicación de Layman aquí, así que tómela por lo que vale.

La materia oscura tiene un efecto gravitatorio localizado (localizado en las galaxias, sí, pero localizado no obstante); su existencia se hipotetiza sobre la base de este efecto observado.

Si la materia oscura estuviera distribuida por igual en todo el universo, no podría tener un efecto localizado, sino que su efecto se observaría en la tasa general de expansión (o contracción) del universo; y en cualquier caso, no podría permanecer igualmente distribuida, sino que comenzaría a agruparse con la materia ordinaria visible.

Entonces, la materia oscura tiene que agruparse para que haya más dentro y alrededor de las galaxias, y menos en el espacio intergaláctico.

La luz, sin embargo, no podía agruparse de esta manera. Mientras que parte de la luz generada en una galaxia golpea parte de la materia en esa galaxia y es absorbida, o golpea un agujero negro en esa galaxia y se queda allí hasta el final de los tiempos, en su mayor parte la luz emitida por un cuerpo celeste llegará al espacio intergaláctico y, a menos que el universo sea lo suficientemente denso como para colapsar, esa luz nunca volverá a su galaxia de origen.

Además, como han señalado otros, se postula la materia oscura porque la materia visible en las galaxias es insuficiente para explicar su rotación. Dado que la materia visible tiene mucho más masa que la luz emitida por esa materia (en múltiples órdenes de magnitud), pero es insuficiente para explicar la rotación de las galaxias, entonces seguramente la masa radicalmente más pequeña de la luz emitida debe ser necesariamente par. menos suficiente, y por lo tanto no podría ser una explicación de lo que es la materia oscura.

Así que no, la materia oscura no es luz.

La luz tiene ciertamente una masa gravitatoria. La luz también se dispersa en el espacio con el inverso del cuadrado de la distancia. Eso significa que su peso es mayor a lo largo del disco de galaxias donde se encuentran las fuentes de luz. Tal como se supone que es la materia oscura. La luz local más fuerte en las galaxias se debe agregar a toda la luz de fuentes intergalácticas y CMB, que es más o menos la misma en todo el universo, y también debería tener un efecto en las galaxias. El punto es cuánto pesa la luz en todo el espectro EM en el espacio interestelar. Es claramente insignificante en los sistemas solares cercanos a las estrellas, en comparación con la masa regular, pero tal vez no si agrega toda la luz en el enorme espacio entre las estrellas. Además, agregue la gravedad de la luz en el espacio "vacío" entre las galaxias (la rotación de las galaxias también debería verse afectada por la gravedad de la luz y materia entre galaxias). Creo que los astrónomos debieron tener esto en cuenta, pero la cantidad calculada no la encuentro por ningún lado (no soy astrónomo, tal vez esté en muchos libros especializados en astronomía, no lo sé). De todos modos, sospecho que el peso ligero es mucho, mucho menor que el requerido para ser materia oscura, pero no tengo los números. Si alguien los tiene...

Hola Fernando, como no tienes los números, esto es más un comentario que una respuesta. De hecho, los números están fácilmente disponibles en los mapas de temperatura de CMB, y se demuestra fácilmente que son insignificantes (algunos 10 − 5 de la densidad de energía total). Sospecho que es por eso que tu respuesta fue rechazada.
La mejor manera de proceder sería editar esto y agregar información adicional.
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