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褐矮星最后会演化成什么?

  1. 去年

    褐矮星不能聚变,形成后即开始冷却,最终变成一团不发光的巨大气体?
    如果是这样的话,这个最终产物算不算暗物质?

  2. FatFish

    2楼 2023年8月13日 物理版主, 优秀回答者, 纪念用户
    5月前FatFish 重新编辑

    算,这种熄灭的恒星、星际尘埃等不发光的“普通”物质都可以算作天文观测意义上的暗物质,因为其主要质量源是质子、中子之类的重子,所以也叫重子暗物质。

    不过有很多证据表明重子暗物质不是暗物质的主要成分。
    ·在“较小”的星系的尺度上,主导引力的暗物质不参与电磁相互作用。准确来说,星系可见部分常见的摩擦现象,在基于引力恢复出的暗物质分布上都不存在。
    对单个星系,可见物质相互摩擦会导致角动量损耗,最后剩下一个大致绕轴旋转的盘状结构。而星系旋转速度曲线表明暗物质应该满足球状分布。
    对于双星系团碰撞,可利用引力透镜效应测定其质量分布,显示其质量中心在碰撞后分离速度要比可见部分更快,说明两个星系团的暗物质团相聚基本没有发生非引力的相互作用,而可见物质因为电磁作用相互摩擦,分离更慢。

    ·在大尺度的宇宙学视角上,原初核合成限定了重子物质的丰度,宇宙学红移限定了重子和冷暗物质的总丰度。
    自由中子会衰变为质子、电子、反中微子,在能量足够高的环境中,这个逆过程也能频繁发生,形成质子和中子的热平衡,根据标准宇宙学模型,宇宙膨胀并降温,达到一定程度后,自由中子就很难维持显著丰度了。只有和质子结合形成氘核、氦核等轻原子核的中子能够幸存。这些原子核再进一步合成更大的原子核。这一过程就是原初核合成。这一过程中,核子的丰度越高,能够与质子结合并幸存的中子就越多。这会影响后续一连串的核合成过程,进而影响各元素的丰度。因此可以根据观测到的元素比例预测当时的质子中子丰度。
    宇宙中的冷物质(速度相对光速很慢)、辐射(光速或者近光速运动的无质量/低质量粒子,如光子和中微子)、暗能量对宇宙膨胀的影响不同,精确观测遥远星系的红移程度,可以确定三者的丰度。辐射如今基本可以忽略了,而暗能量占到了大概七成、冷物质只有三成,同时,原初核合成表明重子物质的丰度只有5%左右,这说明大部分冷物质不参与原初核合成、因此不会是褐矮星或者星际尘埃这种常规意义上的重子暗物质。

    杨炳麟的《暗物质及相关宇宙学》是这个方向一本不错的入门综述。

  3. 6月前

    SpacetimeCat

    3楼 2024年4月12日 物理版主

    @FatFish 算,这种熄灭的恒星、星际尘埃等不发光的“普通”物质都可以算作天文观测意义上的暗物质,因为其主要质量源是质子、中子之类的重子,所以也叫重子暗物质。

    ·在大尺度的宇宙学视角上,原初核合成限定了重子物质的丰度,宇宙学红移限定了重子和冷暗物质的总丰度。
    辐射如今基本可以忽略了,而暗能量占到了大概七成、冷物质只有三成,同时,原初核合成表明重子物质的丰度只有5%左右,这说明大部分冷物质不参与原初核合成、因此不会是褐矮星或者星际尘埃这种常规意义上的重子暗物质。

    实际上现在天文界谈“暗物质”就是建立在原初核合成对重子丰度的限制上,排除掉所有重子物质而言的,“重子暗物质”可能是原初核合成相关的观测和计算还没成为常识的年代的说法。所谓的“消失的重子”missing baryon问题就是说实际观测找到的重子比原初核合成给出的少,目前的主流观点认为少了的这些“消失重子”,主要是难以探测的温气体。清华大学崔伟老师提出的HUBS探测器将有望实现对这些气体的观测。

    @FatFish ·在“较小”的星系的尺度上,主导引力的暗物质不参与电磁相互作用。准确来说,星系可见部分常见的摩擦现象,在基于引力恢复出的暗物质分布上都不存在。
    对单个星系,可见物质相互摩擦会导致角动量损耗,最后剩下一个大致绕轴宣传的盘状结构。而星系旋转速度曲线表明暗物质应该满足球状分布。

    虽然暗物质大概没多少电磁相互作用,但是可以通过暗物质和暗物质的自相互作用(如果存在的话)来实现角动量损耗。我有点不理解这里说旋转曲线表明暗物质满足球状分布是什么意思,一般做旋转曲线都是对旋转主导的盘上的恒星或者气体来做的,实际上trace也就是一个一维分布,如何能看出球形呢?我们知道暗物质满足球状分布更多是从星系团里面星系的分布和运动,以及星系里面球状星团的分布和运动来知道的。这两者对于弛豫系统来说都是球对称而速度随机的。

    @FatFish 对于双星系碰撞,可利用引力透镜效应测定其质量分布,显示其质量中心在碰撞后分离速度要比可见部分更快,说明两个星系的暗物质团相聚基本没有发生非引力的相互作用,而可见物质因为电磁作用相互摩擦,分离更慢。

    这里应该是双星系团

  4. 5月前

    FatFish

    4楼 4月22日 物理版主, 优秀回答者, 纪念用户

    @SpacetimeCat 我有点不理解这里说旋转曲线表明暗物质满足球状分布是什么意思,一般做旋转曲线都是对旋转主导的盘上的恒星或者气体来做的,实际上trace也就是一个一维分布,如何能看出球形呢?

    其实这说的就是现在宇宙学书上基本上必然有的星系旋转曲线计算。主要是引入球形的暗物质分布能够得到符合观测的速度曲线,恒星速度向外很长距离维持近似常数——当然,这个严格来说没有证明暗物质只能这么分布,只能说明他们和常规重子物质不在一起混。

 

后才能发言