Peut-on trouver de la matière noire sous la forme de planètes, de galaxies, etc.?

Si la matière noire a la gravité comme la matière normale, cela signifie-t-il qu'elle peut également former des planètes, des systèmes solaires, etc.? Toute réponse sera appréciée.

Planètes et étoiles, non. Des amas globulaires et des galaxies, oui.

Petites écailles

Pour se condenser en objets relativement compacts tels que les planètes, les étoiles et même les nuages ​​en étoile plus diffus, les particules doivent être capables de dissiper leur énergie. S'ils ne le font pas, leur vitesse leur interdit de former quoi que ce soit.

Les particules "normales", c'est-à-dire les atomes, le font en entrant en collision. Lorsque les atomes entrent en collision, ils sont excités et lorsqu'ils se désexcitent, ils émettent un rayonnement qui quitte le système, emportant de l'énergie. De cette façon, un ensemble de particules peut se détendre dans un système moins énergétique, se condensant éventuellement en une étoile par exemple. De plus, les collisions font que plus de particules énergétiques donnent de l'énergie aux moins énergétiques, ce qui fait que l'ensemble atteint l'équilibre thermodynamique , c'est-à-dire que toutes les particules ont la même énergie en moyenne.

La matière noire est, par définition, incapable de entrer en collision et de rayonner, et donc, à des échelles aussi petites que les étoiles et les planètes, les particules qui pénètrent dans un puits potentiel avec une énergie donnée maintiendront cette énergie. Ils vont donc accélérer vers le centre, puis ralentir après son approche la plus proche du centre, et enfin quitter le système avec la même énergie qu'auparavant (s'il n'était pas lié au départ). Cela empêche la matière sans collision de former de si petits objets.

Grandes écailles

À l'échelle des galaxies, cependant, divers mécanismes de relaxation permettent à la matière noire de se structurer. C'est la raison pour laquelle dans les simulations de N-corps purs de l'Univers, telles que la simulation du millénaire , vous verrez des galaxies. Les tailles de ces structures dépendent de la résolution, mais sont mesurées en millions de masses solaires.

Les mécanismes de relaxation comprennent:

C'est un peu comme les bras de la galaxie qui s'enroulent, mais dans l'espace des phases plutôt que dans l'espace réel.

Cela se produit lorsque les particules sont si proches que leurs trajectoires divergent exponentiellement.

Les deux mécanismes énumérés ci-dessus supposent un potentiel gravitationnel constant , mais à mesure que les systèmes se détendent, change, donnant lieu à un processus de relaxation supplémentaire. Par exemple, des particules plus massives ont tendance à transférer plus d'énergie à leurs voisins plus légers et à devenir ainsi plus étroitement liées, s'enfonçant vers le centre du potentiel gravitationnel. Cet effet est connu sous le nom de ségrégation de masse et est particulièrement important dans l'évolution des amas d'étoiles globulaires.$\Phi$$\Phi$

Pour une perturbation / onde de vitesse , si une particule est accompagnée de , elle dépassera l'onde, gagnant d'abord de l'énergie à mesure qu'elle retombera dans le potentiel, mais perdra plus tard la même quantité d'énergie en remontant. Il en va de même pour les particules avec qui sont dépassées par l'onde. Cependant, les particules avec (c'est-à-dire qui sont proches de la résonance avec l'onde) peuvent subir un gain ou une perte nette d'énergie. Considérons une particule avec légèrement plus grand que$v_p$$v\gg v_p$$v\ll v_p$$v\sim v_p$$v$$v_p$. En fonction de sa phase lors de l'interaction avec l'onde, elle sera soit accélérée et s'éloignera de la résonance, soit décélérée et se rapprochera de la résonance. Ces dernières interagissent plus efficacement avec l'onde (c'est-à-dire qu'elles décélèrent plus longtemps), et il y aura donc en moyenne un transfert net d'énergie des particules avec vers l'onde. L'inverse est vrai pour les particules avec légèrement plus petit que$v \gtrsim v_p$$v$$v_p$

Vous pouvez en savoir plus sur ces mécanismes dans Mo, Bosch et la formation et l'évolution de la galaxie de White .