Tại sao lùn nâu không phải là vật chất tối?

Dường như không đủ vấn đề để giải thích cho thực tế rằng tốc độ của một số ngôi sao ở xa trung tâm Galaxy gần bằng tốc độ với những ngôi sao được tìm thấy gần trung tâm của thiên hà, do đó dường như còn có nhiều vấn đề hơn : vì vậy vật chất còn thiếu này được gọi là vật chất tối. Có một loại vật thể sao không đủ lớn để tạo ra ánh sáng của riêng nó nhưng lớn hơn nhiều lần so với Sao Mộc, hay còn gọi là sao lùn nâu. Vì nó không đủ sáng để được phát hiện bởi kính viễn vọng không gian sâu của chúng ta cũng như các đối tác liên kết với trái đất, nên chúng có rất nhiều thiên hà vì tôi tin rằng những vật thể này nằm trong phạm vi giữa các hành tinh và các ngôi sao. Tuy nhiên, dường như cộng đồng khoa học đã loại trừ ứng cử viên vật chất tối tiềm năng này mà không quét thiên hà Milky Way không quan sát được cũng như hàng tỷ người khác với các phổ ánh sáng khác nhau. Tại sao sao lùn nâu không được coi là ứng cử viên cho vật chất tối bí ẩn?

Hai lý do.

1. Chúng ta biết từ việc nhìn vào các đường cong quay của thiên hà và chuyển động của các thiên hà trong các cụm và từ thấu kính hấp dẫn, lượng "vật chất tối" này chiếm khoảng 30% mật độ của vũ trụ. Nhưng mặt khác, các ước tính về sự phong phú của deuterium, helium, triti và lithium được tạo ra trong vụ nổ lớn chỉ ra rằng chỉ có 5% mật độ của vũ trụ có thể ở dạng vật chất bình thường (ví dụ như nguyên tử, proton, neutron, v.v. ). Vì các sao lùn nâu được tạo ra từ những thứ này, chúng chỉ có thể đóng góp vào tỷ lệ nhỏ này và không thể chịu trách nhiệm cho hầu hết các vật chất tối (điều tương tự cũng đúng với bất cứ thứ gì làm từ "vật chất baryonic" bình thường).

2. Các nhà thiên văn học đã đếm được có bao nhiêu sao lùn nâu, cả trong khu vực địa phương và trong các cụm sao (ví dụ: Andersen và cộng sự 2008 ; Kirkpatrick và cộng sự 2011 ; Burningham et al. 2013 ; Nói cách khác, chúng ta có thểnhìn thấy các sao lùn nâu - chúng phát ra hầu hết ánh sáng của chúng trong phần hồng ngoại của quang phổ và các cuộc khảo sát như SDSS, 2MASS và WISE đã phát hiện ra chúng trong hàng ngàn. Nó chỉ ra rằng có khoảng 1 sao lùn nâu cho mỗi 4 ngôi sao lớn hơn. Vì vậy, mặc dù rất nhiều, chúng đóng góp một phần rất nhỏ của vật chất bình thường trong Thiên hà của chúng ta. Ngoài ra, các thí nghiệm vi điều khiển đối với phình thiên hà và các đám mây Magellan cho thấy rằng mặc dù có rất nhiều sao lùn nâu ở nơi khác trong Thiên hà của chúng ta (ví dụ Alcock et al. 2000 ; Novati et al. 2008 ), không đủ để đóng góp đến vật chất tối, và do đó, kết quả từ vùng lân cận mặt trời của chúng ta xuất hiện đại diện cho toàn bộ Thiên hà.

Lùn nâu là sáng trong đài phát thanh. Chúng phát ra nhiều ánh sáng, chỉ là không có nhiều ánh sáng nhìn thấy được.

Một trong những tính chất của vật chất tối là nó cũng không che khuất ánh sáng. Bụi liên sao (có thể bao gồm nhiều hạt có kích thước hành tinh lớn hơn) có xu hướng che khuất ánh sáng ngay cả khi nó không phát ra bất kỳ hạt nào. Vì vậy, do nó không phát ra cũng không che khuất ánh sáng, chúng ta có thể loại trừ nó là sao lùn nâu, bụi hoặc khá nhiều thứ ở giữa.

Nó có thể là một lĩnh vực của các lỗ đen nhẹ, nhưng điều đó dường như không thể xảy ra vì các lỗ đen vừa hiếm và thường được bao quanh bởi bằng chứng về sự hình thành của chúng. Thật vô lý khi cho rằng có một lượng lớn các lỗ đen nhẹ chiếm một phần lớn khối lượng trong vũ trụ.

Vấn đề kỳ lạ có vẻ xa lạ với chúng ta, nhưng nó thực sự không quá hiếm. Chúng ta đã biết rằng neutrino tồn tại và trên thực tế rất phong phú. Neutrino đi qua vật chất bình thường gần như hoàn toàn không bị cản trở. Chúng không thể là vật chất tối được tạo ra bởi vì chúng di chuyển với tốc độ ánh sáng như photon, trong khi nhiều vật chất tối tương đối đứng yên. Có vẻ hợp lý khi tin rằng đó là một dạng vật chất kỳ lạ không tương tác với ánh sáng. Nó lạ đối với chúng ta, nhưng nó có vẻ rất phù hợp với những gì chúng ta biết về vật lý hạt.