Entiendo que la materia oscura no colapsa en objetos densos como las estrellas aparentemente porque no interactúa o irradia y, por lo tanto, no puede perder energía cuando colapsa. Sin embargo, ¿por qué entonces forma halos galácticos? ¿No es ese también un ejemplo de colapso gravitatorio?
La respuesta proviene del teorema virial, que se puede derivar de las ecuaciones de Jeans , que son el equivalente de las ecuaciones de Euler de dinámica de fluidos para partículas sin colisión (es decir, materia oscura). Por cierto, el teorema virial también es válido para un fluido ideal. Para una derivación ver Mo, van den Bosch & White 2010 (o estoy seguro de muchos otros textos). El teorema es:
es el momento de inercia, es la energía cinética del sistema, es el trabajo realizado por cualquier presión externa y es la energía gravitacional del sistema (si las masas externas pueden ignorarse en el cálculo del potencial).
Si es insignificante (como lo es en el colapso de los halos de DM), entonces un sistema que tiene tendrá una evolución dinámica que impulsará un aumento en , es decir, el sistema se contrae. El colapso se detiene y resulta una estructura casi estable cuando .
Para resumir eso en términos algo menos técnicos, la ausencia de disipación (por ejemplo, enfriamiento radiativo o colisiones entre partículas) no significa que el colapso no pueda ocurrir. La dinámica de un sistema sin colisiones se describe mediante las ecuaciones de Jeans, y estas ecuaciones permiten el colapso hasta que se produce la virialización.
La diferencia con el gas colapsando en una estrella es que la radiación puede llevar energía, por lo que el sistema puede disipar y continúan colapsando por más tiempo. En el caso de una estrella, el colapso continúa hasta que la presión de soporte es suficiente para detenerlo.
Kyle Omán