En la astrofísica y el cosmología, la materia oscura es la materia de la composición desconocida que no emite o el refleja bastante radiación electromágnetica que se observará directo, pero cuya presencia se puede deducir de efectos gravitacionales sobre materia visible. Según las actuales observaciones de las estructuras más grandes que las galaxias, así como el cosmología de Big Bang, la materia oscura explica a gran mayoría de masa en el universo observable . Los fenómenos observados constantes con observaciones de la materia oscura incluyen las velocidades rotatorias de las galaxias, las velocidades orbitales de las galaxias en los racimos, el lensing gravitacional de objetos del fondo por los racimos de la galaxia tales como el racimo de la bala, y la distribución de la temperatura del gas caliente en galaxias y racimos de galaxias. La materia oscura también desempeña un papel fundamental en la formación de la estructura y la evolución de la galaxia, y tiene efectos mensurables en la anisotropía del fondo cósmico de la microonda. Todas estas líneas de evidencia sugieren que las galaxias, los racimos de galaxias, y el universo en conjunto contengan lejos más materia que el que obre recíprocamente con la radiación electromágnetica : el resto se llama el " component" de la materia oscura;.

La composición de la materia oscura es desconocida, pero puede incluir ordinario y los neutrinos pesados postularon recientemente partículas elementales tales como WIMPs y cuerpos astronómicos de Axions tales como estrellas enanas y planetas (colectivamente llamados machistas, y las nubes del gas nonluminous. La evidencia actual favorece los modelos en los cuales el componente primario de la materia oscura es nuevas partículas elementales, colectivamente llamados materia oscura non-baryonic.

El componente de la materia oscura tiene sumamente más masa que el " visible" componente del universo . Actualmente, la densidad de los Baryons ordinarios y la radiación en el universo se estima para ser equivalentes a cerca de un átomo de hidrógeno por el metro cúbico de espacio. El solamente cerca de 4% de la densidad de energía total en el universo (según lo deducido de efectos gravitacionales) se pueden ver directo. El cerca de 22% probablemente se compone de materia oscura. El 74% restante se piensa para consistir en la energía oscura, un componente incluso más extraño, distribuido difuso en espacio. Algunos duro-a-detectan el que la materia baryonic hace una contribución a la materia oscura, pero constituyen solamente una pequeña porción. La determinación de la naturaleza de esta masa que falta es uno de los problemas más importantes de la física de partícula moderna del cosmología y . Se ha observado que el " de los nombres; matter" oscuro; y " energy" oscuro; servir principalmente como expresiones de nuestra ignorancia, mucho como la marca de mapas tempranos con el " " incógnito de tierra ;. Él aplicó el teorema de Virial al racimo de la coma de las galaxias y la evidencia obtenida de Massachusetts no visto Zwicky estimaba la masa total del racimo basada en los movimientos de galaxias cerca de su borde. Cuando él comparó esta estimación total a una basada en el número de galaxias y el brillo total del racimo, él encontró que había cerca de 400 veces más masa que esperado. La gravedad de las galaxias visibles en el racimo sería demasiado pequeña lejano para tales órbitas rápidas, así que algo adicional fue requerido. Esto se conoce como el " problem" de la masa que falta;. De acuerdo con estas conclusiones, Zwicky dedujo que debe haber una cierta forma non-visible de materia que proporcionaría bastante de la masa y de la gravedad para mantener el racimo unido. Mucha de la evidencia de la materia oscura viene del estudio de los movimientos de las galaxias . Muchos de éstos aparecen ser bastante uniformes, así que por el teorema virial la energía cinética total debe ser mitad de la energía de enlace gravitacional total de las galaxias. Experimental, sin embargo, la energía cinética total se encuentra para ser mucho mayor: particularmente, si se asume que la masa gravitacional es debido solamente a la materia visible de la galaxia, estrellas lejos del centro de galaxias tiene velocidades mucho más altas que predicha por el teorema virial. La rotación galáctica curva que ilustren la velocidad de la rotación contra la distancia del centro galáctico, no se puede explicar por solamente la materia visible. Si se asume que el material visible compone solamente una pequeña parte del racimo es la manera más directa de explicar esto. Las galaxias demuestran muestras de ser compuesto en gran parte áspero esférico de un halo simétrico, centralmente concentrado de la materia oscura con la materia visible concentrada en un disco en el centro. Las galaxias superficiales bajas del enano del brillo son fuentes de información importantes para estudiar la materia oscura, pues tienen un cociente infrecuente bajo de la materia visible a la materia oscura, y tienen pocas estrellas brillantes en el centro que deterioren las observaciones de la curva de la rotación de estrellas periféricas.

Según los resultados publicados en agosto de 2006, la materia oscura se ha observado a parte de materia ordinaria con las medidas del racimo, realmente dos racimos próximos de la bala de las galaxias que chocaron hace cerca de 150 millones de años. Los investigadores analizaban los efectos de lensing gravitacional para determinar la distribución en masa total en los pares y compararon eso a los mapas de la radiografía de gases calientes, pensamiento para constituir a la gran mayoría de la materia ordinaria en los racimos. Sigue habiendo los gases calientes obraron recíprocamente durante la colisión y más cercano al centro. Las galaxias individuales y la materia oscura no obraron recíprocamente y son más lejanas del centro.

Curvas galácticas de la rotación

considera también:

la curva de la rotación de la galaxia

Por casi 40 años después de las observaciones iniciales de Zwicky, ningunas otras observaciones de la corroboración indicaron que la masa para encender el cociente era cualquier cosa con excepción de la unidad (un alto cociente de la masa-a-luz indica la presencia de materia oscura). Entonces, en el finales de los sesenta y las comienzos de los años 70, el Vera Rubin, un astrónomo joven en el departamento de magnetismo terrestre en la institución de Carnegie de Washington presentó los resultados basados en un nuevo espectrógrafo sensible que podría medir la curva de la velocidad borde-en de las galaxias espirales a un mayor grado de exactitud que había sido alcanzado siempre antes. Junto con el compañero Kent Ford, Rubin del personal-miembro anunció en una reunión 1975 de la sociedad astronómica americana el descubrimiento asombroso que la mayoría Stars en órbita de las galaxias espirales áspero a la misma velocidad, que implicó que sus densidades totales eran uniformes bien más allá de las localizaciones con la mayor parte de las estrellas (el bombeo galáctico ). Este resultado sugiere que o la gravedad neutoniana no se aplique universal o que, conservador, hacia arriba de el 50% de la masa de galaxias fue contenido en el halo galáctico relativamente oscuro. Encontrado con escepticismo, Rubin insistió que las observaciones estaban correctas. Otros astrónomos comenzaron eventual a corroborar su trabajo y pronto llegó a ser establecido que la mayoría de las galaxias de hecho fueron dominadas por el " matter" oscuro; ; las excepciones aparecían ser galaxias con cocientes de la masa-a-luz cerca de el de estrellas. Subsecuente a esto, se han hecho las observaciones numerosas que indican la presencia de materia oscura en las varias partes del cosmos. Junto con los resultados de Rubin para las galaxias espirales y el trabajo de Zwicky sobre racimos de la galaxia, la evidencia de observación de la materia oscura ha estado recogiendo durante las décadas al punto que la mayoría de los astrofísicos aceptan hoy su existencia. Como concepto unifying, la materia oscura es una de las características dominantes consideradas en el análisis de estructuras en la orden de la escala galáctica y más grandes.

Dispersiones de la velocidad de galaxias

El trabajo pionero de Rubin ha colocado la prueba del tiempo. Las medidas de las curvas de la velocidad en galaxias espirales pronto fueron seguidas con las dispersiones de la velocidad de las galaxias elípticas . Mientras que a veces aparecen con cocientes más bajos de la masa-a-luz, las medidas de ellipticals todavía indican un contenido relativamente alto de la materia oscura. Asimismo, las medidas del gas interestelar difuso encontrado en el borde de galaxias indican no sólo las distribuciones de la materia oscura que extienden más allá del límite visible de las galaxias, pero también que las galaxias virialized hasta diez veces sus radios visibles. Esto tiene el efecto de empujar hacia arriba la materia oscura como fracción de la cantidad total de materia de gravitación a partir de la 50% medida por Rubin al valor aceptado now de el casi 95%.

Hay los lugares en donde la materia oscura parece ser un pequeño componente o total ausente. Demostración globular de los racimos ninguna evidencia que contienen la materia oscura, aunque sus interacciones orbitales con las galaxias demuestran la evidencia de la materia oscura galáctica. Por algún tiempo, las medidas del perfil de la velocidad de estrellas parecían indicar la concentración de materia oscura en el disco de la galaxia de la manera lechosa, sin embargo, ahora parece que la alta concentración de materia baryonic en el disco de la galaxia (especialmente en el medio interestelar) puede explicar este movimiento. Los perfiles totales de la galaxia se piensan para parecer muy diferentes de los perfiles ligeros. El modelo típico para las galaxias de la materia oscura es una distribución lisa, esférica en halos virialized. Tal tendría que ser el caso para evitar efectos dinámicos (estelares) en reducida escala. La investigación reciente divulgó en enero de 2006 de la universidad de Massachusetts, Amherst explicaría la deformación previamente misteriosa en el disco de la manera lechosa por la interacción las pequeñas nubes de Magellanic grandes de y y el aumento previsto de 20 dobleces en la masa de la manera lechosa que considera la materia oscura.

Recientemente (2005), los astrónomos de la demanda de la universidad de Cardiff haber descubierto una galaxia hecha casi enteramente de materia oscura, 50 millones de años ligeros de ausente en el virgo arraciman, que fue nombrado VIRGOHI21 . Inusualmente, VIRGOHI21 no aparece contener ninguna estrellas visible: fue visto con observaciones de la radiofrecuencia del hidrógeno. De acuerdo con perfiles de la rotación, los científicos estiman que este objeto contiene una materia aproximadamente 1000 veces más oscura que el hidrógeno y tiene una masa total alrededor del a/10o el de la galaxia de la manera lechosa que vivimos adentro. Para la comparación, se cree la manera lechosa de tener materia ḿas oscura de áspero 10 veces como materia ordinaria. Los modelos Big Bang y de la formación de la estructura han sugerido que tales galaxias oscuras sean muy comunes en el universo, pero no se ha detectado ningunos previamente. Si la existencia de esta galaxia oscura se confirma, proporciona la prueba evidente para la teoría de la formación de la galaxia y plantea los problemas para las explicaciones alternativas de la materia oscura.

Materia que falta en racimos de galaxias

La materia oscura afecta a los racimos de la galaxia también. Las medidas de la radiografía del gas caliente del intracluster corresponden de cerca a las observaciones de Zwicky de los cocientes de la masa-a-luz para los racimos grandes de casi 10 a 1. Muchos de los experimentos del uso del observatorio de la radiografía de Chandra esta técnica de determinar independiente la masa de racimos.

El Abell del racimo de la galaxia 2029 se compone de millares de galaxias envueltas en una nube del gas caliente, y de una cantidad de materia oscura equivalente más que los soles 10¹⁴. En el centro de este racimo está una galaxia enorme, elíptico shaped que se piensa para haber sido formada de las fusiones de muchas galaxias más pequeñas. Las velocidades orbitales medidas de galaxias dentro de racimos galácticos se han encontrado para ser constantes con observaciones de la materia oscura.

Otra herramienta importante para las observaciones futuras de la materia oscura es el lensing gravitacional. Lensing confía en los efectos de la relatividad general para predecir masas sin la confianza en dinámica, y así que es los medios totalmente independientes de medir la materia oscura. El lensing fuerte, la distorsión observada de las galaxias del fondo en arcos cuando la luz pasa a través de una lente gravitacional, se ha observado alrededor de algunos racimos distantes incluyendo el Abell 1689 (representados a la derecha). Midiendo la geometría de la distorsión, la masa del racimo que causa los fenómenos puede ser obtenida. En las docenas de casos donde se ha hecho esto, los cocientes de la masa-a-luz obtenidos corresponden a las medidas dinámicas de la materia oscura de racimos.

Quizás más convincentemente, una técnica se ha desarrollado durante los 10 años pasados llamados el lensing débil que las miradas en las distorsiones de la microescala de galaxias observaron en las encuestas sobre extensas la galaxia debido a los objetos del primero plano con análisis estadísticos. Examinando la deformación del esquileo de las galaxias adyacentes del fondo, los astrofísicos pueden caracterizar la distribución mala de la materia oscura por medios estadísticos y haber encontrado los cocientes de la masa-a-luz que corresponden a las densidades de la materia oscura previstas por otras medidas en grande de la estructura. La correspondencia de las dos técnicas de la lente gravitacional a otras medidas de la materia oscura ha convencido a casi todos los astrofísicos de que la materia oscura existe realmente como componente importante de la composición del universo.

Formación de la estructura

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la formación de la estructura La materia oscura es crucial al modelo de Big Bang del cosmología como componente que corresponda directo a las medidas de los parámetros asociados a las soluciones del cosmología de Friedmann a la relatividad general . Particularmente, las medidas de las anisotropías cósmicas del fondo de la microonda corresponden a un cosmología donde mucha de la materia obra recíprocamente con los fotones más débil que las fuerzas sabidas que juntan interacciones ligeras a la materia baryonic. Asimismo, una cantidad significativa de materia fría non- de Baryonic es necesaria explicar la estructura en grande del universo .

Las observaciones sugieren que la formación de la estructura en los ingresos del universo jerárquico, con las estructuras más pequeñas derrumbándose primero y seguido por las galaxias y entonces los racimos de galaxias. Mientras que las estructuras se derrumban en el universo de desarrollo, comienzan al " up" ligero; mientras que la materia baryonic calienta para arriba con la contracción gravitacional y el objeto se acerca al hidrostático ejerce presión sobre el balance . La materia ordinaria de Baryonic tenía una temperatura demasiado alta, y demasiada presión dejada encima de Big Bang para derrumbarse y para formar estructuras más pequeñas, tales como estrellas, vía la inestabilidad de los pantalones vaqueros. La materia oscura actúa como compresor de la estructura. Este modelo no sólo corresponde con examinar estadístico de la estructura visible en el universo pero también corresponde exacto a las predicciones de la materia oscura del fondo cósmico de la microonda.

Esta parte inferior del encima del modelo de de la formación de la estructura requiere algo como materia oscura fría tener éxito. Las simulaciones de computadora grande de mil millones de partículas de la materia oscura se han utilizado para confirmar que el modelo frío de la materia oscura de la formación de la estructura es constante con las estructuras observadas en el universo con encuestas sobre la galaxia, tales como la encuesta sobre el cielo de Sloan Digital y encuesta sobre el desplazamiento hacia el rojo de la galaxia 2dF, así como las observaciones del bosque de la Lyman-alfa. Estos estudios han sido cruciales en construir la Lambda-CDM modelo que mide los parámetros cosmológicos, incluyendo la fracción del universo compuesta de baryons y de materia oscura.

Composición de la materia oscura

Aunque la materia oscura fuera detectada por su lensing gravitacional en agosto de 2006, muchos aspectos de la materia oscura siguen siendo especulativos. El experimento DAMA/NaI ha demandado detectar directo la materia oscura el pasar a través de la tierra, aunque la mayoría de los científicos siguen siendo escépticos puesto que los resultados negativos de otros experimentos son (casi) incompatibles con los resultados del DAMA si la materia oscura consiste en el Neutralinos

Los datos de un número de líneas de evidencia, incluyendo la rotación de la galaxia curvan, el lensing gravitacional, formación de la estructura, y la fracción de baryons en racimos y de la abundancia del racimo combinada con la evidencia independiente de la densidad del baryon, indica que 85-90% de la masa en el universo no obra recíprocamente con la fuerza electromágnetica. Este " matter" oscuro; es evidente con su efecto gravitacional. Varias categorías de materia oscura se han postulado.
el candidato de la materia oscura uno de Baryonic a faltar la materia baryonic oscura es la materia de Rydberg, que tiene firmas espectroscópicas de común acuerdo con las vendas infrarrojas no identificadas.
Materia oscura de Non-baryonic que se divide en tres diversos tipos: Materia oscura caliente - partículas nonbaryonic que mueven el ultrarelativistically
Materia oscura caliente - partículas nonbaryonic que se mueven relativistically
Materia oscura fría - partículas nonbaryonic que se mueven non-relativistically

Davis y otros escribió en 1985: Las partículas del candidato se pueden agrupar en tres categorías en base de su efecto sobre el espectro de la fluctuación ( en enlace y otros 1983). Si la materia oscura se compone de las partículas ligeras abundantes que sigue habiendo relativistas hasta poco antes la recombinación, después puede ser llamado " hot". El mejor candidato a materia oscura caliente es un neutrino

Una segunda posibilidad está para que las partículas de la materia oscura obren recíprocamente más débil que los neutrinos, sean menos abundantes, y tengan una masa de la orden 1eV. Tales partículas se llaman " matter" oscuro caliente;, porque tienen velocidades termales más bajas que los neutrinos masivos hay actualmente pocas partículas del candidato que cabido esta descripción. Se han sugerido Gravitinos y los photinos (Pagels y Primack 1982; Enlace, Szalay y Turner 1982)

Cualquier partícula que se convirtieron en muy temprana no relativista, y así que podía difundir una distancia insignificante, se llama " cold" materia oscura (CDM). Hay muchos candidatos a CDM incluyendo partículas supersymmetric

La materia oscura caliente consiste en las partículas que viajan con velocidades relativistas . Una clase de materia oscura caliente se sabe, el neutrino . Los neutrinos tienen una masa muy pequeña, no obran recíprocamente vía el electromágnetico o la fuerza nuclear fuerte y son por lo tanto muy difíciles de detectar. Esto es qué los hace que apelan como materia oscura. Sin embargo, los límites en los neutrinos indican que los neutrinos ordinarios hacen solamente una pequeña contribución a la densidad de la materia oscura.

La materia oscura caliente no puede explicar cómo las galaxias individuales formaron de Big Bang. La radiación de fondo de la microonda según lo medido por los satélites COBE y WMAP, mientras que increíble es lisa, indica que la materia ha agrupado en mismo pequeñas escalas. Las partículas rápidas, sin embargo, no pueden agrupar juntas en tales pequeñas escalas y, de hecho, suprimir agrupar de la otra materia. La materia oscura caliente, mientras que existe ciertamente en nuestro universo bajo la forma de neutrinos, es por lo tanto solamente parte de la historia.

El modelo de la concordancia requiere que, para explicar la estructura en el universo, sea necesario invocar la materia oscura (no relativista) fría. Las masas grandes, como los calabozos galaxia-clasificados se pueden eliminar en base de datos lensing gravitacionales . Las posibilidades que implican la materia normal de Baryonic incluyen los enanos de Brown o quizás los pedazos pequeños, densos de elementos pesados; tales objetos se conocen como los objetos compactos masivos del halo o " MACHOs". Sin embargo, los estudios del nucleosynthesis grande de la explosión han convencido a la mayoría de los científicos de que la materia baryonic tal como machistas no puede ser más que una pequeña fracción de la materia oscura total.

Actualmente, la opinión más común es que la materia oscura es sobre todo non- Baryonic, hecho de uno o más partículas elementales con excepción de los neutrones generalmente de los protones de los electrones y de los neutrinos sabidos . Las partículas o posible a> son los neutrinos estéril de Axions, y los WIMPs (partículas masivas débil que obran recíprocamente, incluyendo el Neutralinos . Ningunos de éstos son parte del modelo estándar de la física de partícula, pero pueden presentarse en extensiones al modelo estándar. Estándar odelo del ar ican o a a los a> ancín del s n. Neutralinos pesado, los neutrinos estéril existen en las extensiones al modelo estándar que explican la pequeña masa del neutrino a través del mecanismo del balancín.

Las búsquedas experimentales para estos candidatos de la materia oscura se han conducido y están en curso. Estos esfuerzos se pueden dividir en dos clases amplias: detección directa, en la cual las partículas de la materia oscura se observan en un detector; y detección indirecta, que busca los productos de las aniquilaciones de la materia oscura. Los experimentos de la detección de la materia oscura han eliminado algún WIMP y los modelos de Axion . Hay también varios experimentos que demandan la evidencia positiva de la detección de la materia oscura, tal como DAMA/NaI y EGRET, pero éstos son hasta ahora sin confirmar y difíciles de reconciliar con los resultados negativos de otros experimentos. Varias búsquedas para la materia oscura están actual en curso, incluyendo la búsqueda criogénica de la materia oscura en la mina de Sudán y el experimento del XENÓN en el Gran Sasso, y muchas nuevas tecnologías están en el desarrollo, tal como el experimento de ArDM .

En la investigación debida ser publicado completamente en el resorte 2006, los investigadores de la universidad del instituto de Cambridge de la astronomía demandan haber calculado que la materia oscura encuentra solamente en grupos más en gran parte que cerca de 1.000 años luz, implicando una velocidad media de las partículas de la materia oscura de 9 km/s, una densidad de 20 amu/cm ³, y la temperatura 10.000 Kelvins

Explicaciones alternativas

Modificaciones de la gravedad

Una alternativa propuesta a las partículas físicas de la materia oscura ha sido suponer que las inconsistencias observadas son debido a una comprensión incompleta de la gravitación . Para explicar las observaciones, la fuerza gravitacional tiene que llegar a ser más fuerte que la aproximación neutoniana en las grandes distancias o en campos débiles. Uno de los modelos propuestos es la dinámica neutoniana modificada (MOND), que corrige las leyes de Newton en la pequeña aceleración. Sin embargo, construir una teoría relativista MOND ha sido molesto, y no está claro cómo la teoría se puede reconciliar con las medidas lensing gravitacionales de la desviación de la luz alrededor de galaxias. La teoría relativista principal de MOND, propuesta por el Jacob Bekenstein en 2004 se llama el TeVeS para Tensor-Vector-Escalar y soluciona muchos de los problemas de tentativas anteriores. Sin embargo, un estudio divulgó en agosto de 2006 una observación de un par de racimos de la galaxia que chocaban cuyo comportamiento, él fue demandado, no era compatible con cualquier teoría modificada actual de la gravedad.

En 2007, el Juan W. Moffatt del astrónomo propuso una teoría de la gravedad modificada (MOG) basada en la teoría gravitacional dismétrica (NGT) que explica el comportamiento de galaxias que chocan.

Explicaciones mecánicas de Quantum

En otra clase de teorías una intenta reconciliar la gravitación con los mecánicos de Quantum y obtiene correcciones a la interacción gravitacional convencional. En las teorías del escalar-tensor, el escalar coloca como los pares del campo de Higgs a la curvatura dada a través del tensor de Riemann o de sus rastros. En muchas de tales teorías, el campo escalar iguala el campo de Inflaton, que es necesario explicar la inflación del universo después Big Bang, como el factor dominante de la quintaesencia o de la energía oscura . Usar un acercamiento basado en el grupo exacto de la renormalización, el M. Weyer han demostrado que ese Newton constante y el constante cosmológico pueden ser las funciones escalares en espacio-tiempo si uno asocia escalas de la renormalización a los puntos del espacio-tiempo.

BEC o campo escalar

La materia oscura se puede describir como Bose-Einstein condensado de las partículas escalares ultraligeras, o materia oscura (estrellas del campo escalar del bosón). La longitud de onda enorme de Compton de estas partículas previene la formación de la estructura en las escalas subgalactic, que podrían aliviar el problema del cambio de signo y el problema basado en los satélites que falta de las galaxias del modelo estándar de CDM. Las curvas observadas de la rotación se pueden explicar bien en estos modelos.

Materia oscura en cultura popular

considera también: Materia oscura en

la ficción Las menciones de la materia oscura ocurren en algunos juegos video y otros trabajos de la ficción. En tales casos, es generalmente características físicas o mágicas extraordinarias atribuidas. Tales descripciones son a menudo contrarias con las características de la materia oscura propuestas en la física y el cosmología. ¡

Ver también

Materia oscura del campo escalar
SIMP
Materia oscura ligera
materia oscura Uno mismo-que obra recíprocamente
Materia del espejo
Energía oscura
Energía Zero-point
Gravedad conformal

.

Zenithic

Mertensia

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