¿Cuál es el marco matemático que describe la existencia de materia oscura?

No existe un marco matemático que describa Dark Matter. Más bien hay una “evidencia observacional” que ha llevado a los astrofísicos y cosmólogos a proponer la existencia de Dark Matter, para explicar las velocidades de los objetos visibles (como las estrellas) a lo largo del disco galáctico; y para explicar la posición de las galaxias en el universo observable que parecen formar enormes filamentos con vacíos aparentes en el medio, como una esponja.

La mayor parte de la masa visible de la galaxia se concentra en el centro y, según la teoría establecida de la gravedad (relatividad newtoniana o general), la velocidad con la que las estrellas giran alrededor del centro galáctico debería disminuir a medida que uno se aleja del centro. Pero la observación contradice esto y la velocidad de los objetos en el borde de la galaxia es mucho más de lo que debería ser, lo que indica la presencia de mucha más masa en toda la galaxia, incluso envolviéndola.
Además, se cree que los cúmulos galácticos forman estructuras similares a filamentos según la distribución de la materia oscura, es decir, la fuerza gravitacional debido a la presencia de materia oscura hace que las galaxias se encuentren a lo largo de los filamentos donde la concentración de materia oscura es mayor, en comparación con la vacíos donde hay galaxias de fiebre relativamente lejanas. De hecho, se propone que la materia oscura concentrada provocó la acumulación de gases de materia normal y dio lugar al nacimiento de galaxias a lo largo de esos filamentos.

De hecho, se cree que la cantidad de materia oscura es 5-7 veces la cantidad de materia visible / normal en el universo.

Hay varias teorías no probadas sobre la composición de Dark Matter. Podría estar compuesto de WIMP (partículas masivas débilmente interactivas) que se predicen por las teorías de Super Symmetry.

Esta materia invisible recibe el nombre de materia oscura porque no parece irradiar en ninguna parte del espectro electromagnético. Y tampoco interactúa con la materia normal, aparte de su influencia gravitacional.
Las partículas de materia oscura tampoco interactúan entre sí (además de gravitacionalmente y quizás a través de la Fuerza Débil) debido a que no se acumulan para formar discos como galaxias y en su lugar permanecen dispersas (aunque unidas gravitacionalmente) como un halo que envuelve la galaxia. racimos Para que se produzca la acreción, la gravitación por sí sola no es suficiente, las fuerzas electromagnéticas son en gran parte responsables de la formación de discos galácticos y la fuerza nuclear fuerte es responsable de que la fusión tenga lugar para dar lugar a las estrellas en el disco galáctico, lo que le da a las galaxias una forma y visibilidad con la que estamos tan familiarizados.

Respuesta corta: no existe un marco teórico satisfactorio que explique la materia oscura.

Respuesta larga:
La materia oscura no es una predicción teórica. Su concepto se originó como un medio para describir la discrepancia entre las curvas de rotación galáctica observadas y predichas.


Como puede ver, la diferencia es bastante prominente. La curva esperada se calcula en función de la distribución de masa observada de la galaxia. La curva observada parece como si hubiera más masa en el disco galáctico de lo que se observa. La “masa observada” es muy exhaustiva: incluye masa de estrellas, objetos compactos, medio interestelar, etc. Y nuestros métodos para medir masas de estos componentes son bastante confiables. Entonces, si hay más masa, entonces debe provenir de algo que no se puede observar, excepto por sus efectos gravitacionales. Esta cosa desconocida se llama materia oscura.

Si bien se han propuesto muchas teorías sobre lo que es, ninguna tiene evidencia concluyente. Algunas de las teorías son partículas masivas que interactúan débilmente (WIMP) y objetos de halo compactos masivos (MACHO). Las primeras son partículas hipotéticas masivas que interactúan solo a través de la fuerza débil y la gravedad. Estas últimas son estrellas de neutrones aisladas, agujeros negros y enanas blancas que están lo suficientemente aisladas como para no acumular materia y lo suficientemente frías como para no emitir ninguna radiación detectable. También se han propuesto posibles modificaciones a la relatividad general (como la dinámica newtoniana modificada), que explican la materia oscura sin requerir ninguna masa adicional. Ninguna de estas teorías ha sido probada de manera observacional / experimental. Por lo tanto, no existe un marco teórico satisfactorio que explique la materia oscura.

La gravedad newtoniana muestra que tanto las galaxias como los cúmulos de galaxias se mueven más rápido de lo que la cantidad de materia visible podría permitir.

La relatividad general no hace diferencia para estos casos.

La dinámica newtoniana modificada es una posible alternativa. Polémico.

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