Горячая темная материя ( ГТМ ) — теоретическая форма темной материи , состоящая из частиц, движущихся с ультрарелятивистскими скоростями.
Темная материя — это форма материи, которая не излучает и не поглощает свет. В физике это поведение характеризуется темной материей, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением , что делает ее темной и делает ее необнаружимой с помощью обычных инструментов в физике. [1] Данные кривых вращения галактик показывают, что приблизительно 80% массы галактики не может быть обнаружено, что заставляет исследователей изобретать способы, которые косвенно обнаруживают ее через воздействие темной материи на гравитационные флуктуации. [2] Как мы увидим ниже, полезно различать темную материю на «горячие» (HDM) и « холодные » (CDM) типы — некоторые даже предлагают промежуточное положение «теплой» темной материи (WDM). Терминология относится к массе частиц темной материи (которая диктует скорость, с которой они движутся): HDM движется быстрее, чем CDM, потому что предполагается, что частицы HDM имеют меньшую массу. [3]
С точки зрения его применения распределение горячей темной материи также может помочь объяснить, как образовались скопления и сверхскопления галактик после Большого взрыва . Теоретики утверждают, что существует два класса темной материи: 1) те, которые «собираются вокруг отдельных членов скопления видимых галактик » и 2) те, которые охватывают «скопления в целом». Поскольку холодная темная материя обладает более низкой скоростью, она может быть источником «более мелких, размером с галактику, сгустков», как показано на изображении. [4] Горячая темная материя, таким образом, должна соответствовать образованию более крупных массовых агрегатов, которые окружают целые скопления галактик. Однако данные по космическому микроволновому фоновому излучению, измеренные спутником COBE , являются весьма однородными, и такие высокоскоростные частицы горячей темной материи не могут образовывать сгустки размером с галактики, начиная с такого гладкого начального состояния, что подчеркивает расхождение между тем, что говорят теория темной материи и фактические данные. Теоретически, для объяснения относительно мелкомасштабных структур в наблюдаемой Вселенной необходимо привлечь холодную темную материю или WDM. Другими словами, горячая темная материя как единственное вещество для объяснения формирования космических галактик больше не является жизнеспособной, помещая горячую темную материю под более широкий зонтик теории смешанной темной материи (MDM).
Примером горячей частицы темной материи является нейтрино . [5] Нейтрино имеют очень малые массы и не принимают участия в двух из четырех фундаментальных сил: электромагнитном взаимодействии и сильном взаимодействии . Они взаимодействуют посредством слабого взаимодействия и, скорее всего, гравитации , но из-за слабой силы этих сил их трудно обнаружить. Ряд проектов, таких как нейтринная обсерватория Супер-Камиоканде в Гифу , Япония, в настоящее время изучают эти нейтрино.