Campo escalar clásico, mínimamente acoplado, postulado para explicar la materia oscura inferida
En astrofísica y cosmología , el campo escalar, la materia oscura, es un campo escalar clásico, mínimamente acoplado, que se postula para explicar la materia oscura inferida . [2]
Fondo
El universo puede estar acelerándose, impulsado quizás por una constante cosmológica o algún otro campo que posea efectos "repulsivos" de largo alcance. Un modelo debe predecir la forma correcta para el espectro de agrupamiento a gran escala, [3] tener en cuenta las anisotropías del fondo cósmico de microondas en escalas angulares grandes e intermedias y proporcionar concordancia con la relación de distancia de luminosidad obtenida a partir de observaciones de supernovas de alto corrimiento al rojo . La evolución modelada del universo incluye una gran cantidad de materia y energía desconocidas para estar de acuerdo con tales observaciones. Esta densidad de energía tiene dos componentes: materia oscura fría y energía oscura . Cada uno contribuye a la teoría del origen de las galaxias y la expansión del universo. El universo debe tener una densidad crítica, una densidad que no se explica únicamente por la materia bariónica ( materia ordinaria ).
campo escalar
La materia oscura se puede modelar como un campo escalar utilizando dos parámetros ajustados, masa y autointeracción . [4] [5] En esta imagen, la materia oscura consiste en una partícula ultraligera con una masa de ~10 −22 eV cuando no hay autointeracción. [6] [7] [8] Si hay una autointeracción, se permite un rango de masa más amplio. [9] La incertidumbre en la posición de una partícula es mayor que su longitud de onda Compton (una partícula con una masa de 10 −22 eV tiene una longitud de onda Compton de 1,3 años luz ), y para algunas estimaciones razonables de la masa de la partícula y la densidad de la materia oscura hay No tiene sentido hablar de las posiciones y momentos de las partículas individuales. Mediante algunas mediciones dinámicas, podemos deducir que la densidad de masa de la materia oscura es aproximadamente . Se puede calcular la separación promedio entre estas partículas deduciendo la longitud de onda de De-Broglie: aquí m es la masa de la partícula de materia oscura y v es la velocidad de dispersión del halo. El número promedio de partículas en volumen cúbico que tienen una dimensión igual a la longitud de onda de De Broglie viene dado por,
El número de ocupación de estas partículas es tan grande que podemos considerar la naturaleza ondulatoria de estas partículas en la descripción clásica. Para satisfacer el principio de exclusión de Pauli, la partícula debe ser bosones, especialmente partículas de espín cero (escalares). de ahí que esta materia oscura ultraligera se parecería más a una onda que a una partícula, y los halos galácticos son sistemas gigantes de bose líquido condensado , posiblemente superfluido . La materia oscura puede describirse como un condensado de Bose-Einstein de los cuantos ultraligeros del campo [10] y como estrellas de bosones. [9] La enorme longitud de onda Compton de estas partículas impide la formación de estructuras en pequeñas escalas subgalácticas, lo cual es un problema importante en los modelos tradicionales de materia oscura fría. El colapso de las sobredensidades iniciales se estudia en las referencias. [11] [12] [13] [14] No hay muchos modelos en los que consideremos la materia oscura como el campo escalar. La partícula similar a un axión (ALP) en la teoría de cuerdas puede considerarse como un modelo de materia oscura de campo escalar, ya que su densidad de masa satisface la densidad reliquia de la materia oscura. El mecanismo de producción más común de ALP es el mecanismo de desalineación . Lo que muestra que la masa circundante satisface la abundancia reliquia de materia oscura observada. [15]
Este modelo de materia oscura también se conoce como materia oscura BEC o materia oscura ondulatoria. La materia oscura difusa y el axión ultraligero son ejemplos de materia oscura de campo escalar.
Materia oscura fría y difusa : forma hipotética de materia oscura fría propuesta para resolver el problema del halo cúspide
Referencias
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