Selbstwechselwirkende Dunkle Materie?

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P_E_T_E_R

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Im kosmologischen Standardmodell Lambda-CDM besteht die gesamte Energiedichte des Universums zu 4,9% aus normaler Materie und zu 26,5% aus Kalter Dunkler Materie. Diese dunkle Materie umgibt die normale leuchtende Materie mit einer unsichtbaren Wolke, welche sich nur über ihre gravitative Wirkung bemerkbar macht. In der üblichen Ausprägung des Modells hat die dunkle Materie außer der gravitativen Wirkung keine anderen Wechselwirkungen, weder mit der gewöhnlichen Materie noch mit sich selbst.

Das Standardmodell hat neben vielen Erfolgen aber auch Probleme. Dazu gehört insbesondere das sog. Cuspy Halo Problem, was den Umstand beschreibt, dass Simulationen auf der Basis von CDM im Zentrum von Galaxien eine ausgeprägte Spitze (Cusp) in der DM-Dichteverteilung vorhersagen, wohingegen die tatsächlich gemessene Dichteverteilung dort einen flachen Kern (core) zeigt.

Diese Diskrepanz wurde zunächst adhoc mit einer Baryon "Rückwirkung" von Supernovae weggebügelt. In letzter Zeit häufen sich aber alternative Erklärungen, welche die Grundannahme vom Fehlen jeglicher nichtgravitativer Wechselwirkung in Frage stellen:

Observational evidence for self-interacting cold dark matter

Dark Matter Self-interactions and Small Scale Structure

Dark Matter May Feel a “Dark Force” That the Rest of the Universe Does Not

Is dark matter self-interacting?

Dark matter self-interactions from the internal dynamics of dwarf spheroidals

Cores in Dwarf Galaxies from Dark Matter with a Yukawa Potential

The principle of maximum entropy explains the cores observed in the mass distribution of dwarf galaxies

Die Anzeichen verdichten sich also, dass CDM doch nichtgravitative Wechselwirkungen zeigt. Diese Einsicht könnte endlich etwas Bewegung in die festgefahrene Situation bringen.

Self-interacting Dark Matter (SIDM)
 
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Der Ansatz, der auf der Tsallis-Entropie basiert, klingt für mich am überzeugendsten, weil er universell ist und nicht von irgendwelchen neuartigen Wechselwirkungen abhängt.

Viele Grüße,
Holger
 
Der Ansatz, der auf der Tsallis-Entropie basiert, klingt für mich am überzeugendsten, weil er universell ist und nicht von irgendwelchen neuartigen Wechselwirkungen abhängt.
Das erklärt aber nicht, warum CDM nicht automatisch zu maximaler Tsallis-Entropie führt, wenn das denn solch ein universelles Prinzip darstellt. Da fehlt doch etwas ...
We argue that cores are unavoidable in the self-gravitating systems of maximum entropy that result from non-extensive statistical mechanics. Their structure follows from the Tsallis entropy, which is attributed to systems with long-range interactions. Strikingly, the mass density profiles predicted by such thermodynamic equilibrium match the observed cores without any adjustment or tuning. Thus, the principle of maximum Tsallis entropy explains the presence of cores in dwarf galaxies.
 
Die Bedingung des Gleichgewichts muss natürlich erfüllt sein, was in unserem wilden Universum nicht immer leicht ist :)

Viele Grüße,
Holger
 
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