Горячая темная материя ( HDM ) — это 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 такое поведение характеризуется тем, что темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением , что делает ее темной и необнаружимой с помощью обычных физических инструментов. [1] Данные кривых вращения галактик показывают, что около 80% массы галактики невозможно увидеть, что вынуждает исследователей изобретать способы, которые косвенно обнаруживают ее через влияние темной материи на гравитационные флуктуации. [2] Как мы увидим ниже, полезно различать темную материю на «горячую» (HDM) и « холодную » (CDM) типы – некоторые даже предполагают наличие золотой середины в виде «теплой» темной материи (WDM). Терминология относится к массе частиц темной материи (которая определяет скорость, с которой они движутся): HDM движется быстрее, чем CDM, поскольку теоретически частицы HDM имеют меньшую массу. [3]
С точки зрения применения распределение горячей темной материи также могло бы помочь объяснить, как скопления и сверхскопления галактик образовались 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 «меньших комков размером с галактику», как показано на изображении. [4] Горячая темная материя, таким образом, должна соответствовать образованию более крупных агрегатов массы, окружающих целые скопления галактик. Однако данные космического микроволнового фонового излучения, измеренные спутником COBE , очень однородны, и такие высокоскоростные частицы горячей темной материи не могут образовывать сгустки размером с галактики, начиная с такого гладкого начального состояния, что подчеркивает несоответствие в том, что Теория темной материи и фактические данные говорят. Теоретически, чтобы объяснить относительно мелкомасштабные структуры в наблюдаемой Вселенной , необходимо привлечь холодную темную материю или WDM. Другими словами, горячая темная материя, являющаяся единственным веществом, объясняющим формирование космических галактик, больше не жизнеспособна, в результате чего горячая темная материя помещается под более широкий зонтик теории смешанной темной материи (MDM).
Примером горячей частицы темной материи является нейтрино . [5] Нейтрино имеют очень малую массу и не участвуют 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.