¿Tienen las galaxias un halo de neutrinos y un fondo cósmico de microondas?

La respuesta es "más o menos" tanto para los neutrinos (que tienen una pequeña masa en reposo) como para los fotones del fondo cósmico de microondas que no la tienen.

Ambos se ven afectados por la gravedad, de modo que sus trayectorias pueden verse alteradas.

La C$\nu$Los neutrinos B tienen una temperatura de 2K y energías cinéticas actuales de una décima parte de un meV más o menos. Las masas en reposo de los neutrinos aún no están definidas: al menos uno tiene una energía de masa en reposo de >0,04 meV, mientras que la masa total de los tres sabores probablemente sea <0,3 meV. Por lo tanto, los neutrinos no son muy relativistas y habrá una cola de neutrinos (relativamente) lentos que podrían quedar atrapados en galaxias o, más probablemente, en cúmulos de galaxias.

Las velocidades de los neutrinos serán del orden$\sqrt{kT/m_{\nu}} \sim 0.1c$si tuvieran una distribución de Maxwell-Boltzmann. Sin embargo, un tratamiento más detallado, utilizando la distribución apropiada de Fermi-Dirac en el universo en expansión, muestra que las velocidades medias de los neutrinos son (por ejemplo , Lesgourges & Pastor 2012 )

$$\langle v \rangle \simeq 160 (1+z) \left(\frac{{\rm eV}}{m_{\nu}}\right)\ {\rm km/s}.$$ Así que para masas de neutrinos de $\sim 0.1$meV, cabría esperar que una pequeña fracción pudiera quedar atrapada (p. ej., véase la sección 2.2 de Yanagisawa 2014 ) en los halos de las galaxias y en los cúmulos masivos, porque sus velocidades de escape son del orden de cientos a unos pocos miles de km/s.

Incluso para masas de neutrinos tan bajas como 0,15 meV, las simulaciones numéricas sugieren un aumento modesto (hasta un factor de dos) en la densidad de neutrinos dentro de nuestra galaxia en comparación con el valor promedio (obviamente, esto depende críticamente de las masas reales de neutrinos) y quizás sobredensidades en cúmulos cercanos masivos (como Virgo) de hasta un factor de 5 ( Ringwald & Wong 2004 ).

Los fotones del CMB viajan a la velocidad de la luz y por lo tanto no pueden ser capturados gravitacionalmente. Sin embargo, los fotones son reflejados por cúmulos de galaxias masivos en primer plano, principalmente en desplazamientos al rojo de 2-3. Esto provoca fluctuaciones en el CMB (bastante separadas de las ondas cosmológicas de la época de la recombinación) en varias escalas angulares. Debería ser muy importante en escalas angulares muy pequeñas (menos de minutos de arco, y actualmente muy difícil de medir), pero provoca desviaciones coherentes del CMB desde la superficie de la última dispersión en escalas angulares de 1 a 5 grados (p. ej. , Lewis & Challinor 2006 ) que han sido claramente detectados por Planck y otros instrumentos terrestres.