Materia oscura fredda - Cold dark matter

In cosmologia e fisica , la materia oscura fredda ( CDM ) è un ipotetico tipo di materia oscura . Le osservazioni indicano che circa l'85% della materia nell'universo è materia oscura, con solo una piccola frazione che è la normale materia barionica che compone stelle , pianeti e organismi viventi. Il freddo si riferisce al fatto che la materia oscura si muove lentamente rispetto alla velocità della luce , mentre il buio indica che interagisce molto debolmente con la materia ordinaria e le radiazioni elettromagnetiche .

La natura fisica del CDM è attualmente sconosciuta e ci sono un'ampia varietà di possibilità. Tra questi ci sono un nuovo tipo di particelle massicce che interagiscono debolmente , buchi neri primordiali e assioni .

Storia

La teoria della materia oscura fredda è stata originariamente pubblicata nel 1982 da James Peebles ; mentre il quadro della calda materia oscura è stato proposto indipendentemente allo stesso tempo da J. Richard Bond , Alex Szalay e Michael Turner ; e George Blumenthal , H. Pagels e Joel Primack . Un articolo di revisione nel 1984 di Blumenthal, Sandra Moore Faber , Primack e Martin Rees ha sviluppato i dettagli della teoria.

Formazione della struttura

Nella teoria della materia oscura fredda, la struttura cresce gerarchicamente, con piccoli oggetti che collassano per primi sotto la loro auto-gravità e si fondono in una gerarchia continua per formare oggetti più grandi e più massicci. Le previsioni del paradigma della materia oscura fredda sono in generale accordo con le osservazioni della struttura cosmologica su larga scala .

Nel paradigma della materia oscura calda , popolare nei primi anni '80 e meno ora, la struttura non si forma gerarchicamente (dal basso verso l'alto ), ma si forma per frammentazione ( dall'alto verso il basso ), con i superammassi più grandi che si formano prima in fogli piatti simili a frittelle. e successivamente frammentandosi in pezzi più piccoli come la nostra galassia, la Via Lattea .

Dalla fine degli anni '80 o '90, la maggior parte dei cosmologi preferisce la teoria della materia oscura fredda (in particolare il moderno modello Lambda-CDM ) come descrizione di come l' universo è passato da uno stato iniziale regolare nei primi tempi (come mostrato dalla radiazione cosmica di fondo a microonde ) alla distribuzione irregolare delle galassie e dei loro ammassi che vediamo oggi: la struttura su larga scala dell'universo. Le galassie nane sono cruciali per questa teoria, essendo state create da fluttuazioni di densità su piccola scala nell'universo primordiale; ora sono diventati mattoni naturali che formano strutture più grandi.

Composizione

La materia oscura viene rilevata attraverso le sue interazioni gravitazionali con la materia ordinaria e le radiazioni. Pertanto, è molto difficile determinare quali siano i costituenti della materia oscura fredda. I candidati si dividono grosso modo in tre categorie:

  • Particelle massive debolmente interagenti (WIMP). Non esiste una particella attualmente nota con le proprietà richieste, ma molte estensioni del modello standard della fisica delle particelle prevedono tali particelle. La ricerca di WIMP comporta tentativi di rilevamento diretto da parte di rivelatori altamente sensibili, nonché tentativi di produzione di WIMP da parte di acceleratori di particelle . Le WIMP sono generalmente considerate come uno dei candidati più promettenti per la composizione della materia oscura. L' esperimento DAMA/NaI e il suo successore DAMA/LIBRA hanno affermato di aver rilevato direttamente le particelle di materia oscura che passano attraverso la Terra, ma molti scienziati rimangono scettici perché nessun risultato di esperimenti simili sembra compatibile con i risultati DAMA.

Sfide

Sono emerse diverse discrepanze tra le previsioni del paradigma della materia oscura fredda delle particelle e le osservazioni delle galassie e del loro raggruppamento:

Il problema dell'aureola cuspy
Le distribuzioni di densità degli aloni di materia oscura nelle simulazioni di materia oscura fredda (almeno quelle che non includono l'impatto del feedback barionico) sono molto più elevate di quanto osservato nelle galassie studiando le loro curve di rotazione.
Il problema dei satelliti mancanti
Le simulazioni di materia oscura fredda prevedono un gran numero di piccoli aloni di materia oscura, più numerosi del numero di piccole galassie nane che si osservano intorno a galassie come la Via Lattea .
Il problema del disco dei satelliti
Si osserva che le galassie nane attorno alla Via Lattea e alle galassie di Andromeda orbitano in strutture sottili e planari, mentre le simulazioni prevedono che dovrebbero essere distribuite casualmente attorno alle loro galassie madri.
Problema di morfologia della galassia
Se le galassie crescevano gerarchicamente, allora le galassie massicce richiedevano molte fusioni. Le grandi fusioni creano inevitabilmente un classico rigonfiamento . Al contrario, circa l'80% delle galassie osservate non mostra tali rigonfiamenti e le galassie giganti a disco puro sono all'ordine del giorno. Quella frazione senza rigonfiamento è stata quasi costante per 8 miliardi di anni.

Alcuni di questi problemi hanno proposto soluzioni, ma non è chiaro se possano essere risolti senza abbandonare il paradigma CDM.

Guarda anche

Riferimenti

Ulteriori letture