Занятие №28:

Галактическая астрофизика

Структура галактик

Диск

Ядро

Балдж

Гало

Темная материя (везде)

Шаровое скопление

Облако нейтрального водорода

Динамика галактик

Наблюдаемая динамика

Теоретическая динамика

Кривые вращения

Теоретическая кривая вращения галактик

v(r) = \sqrt{\dfrac{GM(r)}{r}}

Наблюдаемая кривая вращения галактик

v \sim const

Определение

Опр.:

Темная материя – не взаимодействующая с электромагнитным излучением массивная составляющая большинства наблюдаемых галактик

Темная материя

WIMP (weakly interacting massive particles)

ВИМПы - гипотетические частицы, из которых состоит темная материя

Задача

В рамках одной из самых популярных моделей темной материи вычислено, что энергия одного WIMPa равна 100 ГэВ. Определите концентрацию WIMPов в галактике, масса которой составляет 2·1012 · M⊙, а размер 160 000 световых лет. Принять, что количество темной материи в галактике составляет 80%.

Задача

Дано:

Найти:

n_{W}-?
M_{гал}=2\cdot10^{12} \cdot M_{\odot};
M_{\odot}=1.9\cdot10^{30} \, \text{кг};
Гига=10^{9};
R_{гал}=160 000 \, св. \,лет;
1 \, св. \,год = 9.46\cdot 10^{15} \, м;
E_W = 100 \, ГэВ;
1 \, эВ \,год = 1.6\cdot 10^{-19} \, Дж;
т. \, м.=80\%

Решение

n_W
=
\dfrac{\rho_{т.м.}}{m_W}
\rho_{т.м.}
=
0.8\cdot\rho_{гал}
\rho_{гал}
=
\dfrac{M_{гал}}{V_{гал}}
V_{гал}
=
\dfrac{4}{3}\pi R_{гал}^3
E_W
=
m_W \cdot c^2
n_W
=
\dfrac{0.8\cdot 3 \cdot M_{гал}}{4\pi \cdot R^3_{гал}\cdot m_W}
m_W
=
\dfrac{E_W}{c^2}
n_W
=
\dfrac{0.8\cdot 3 \cdot M_{гал}\cdot c^2}{4\pi \cdot R^3_{гал}\cdot E_W}

Решение

n_W
=
\dfrac{0.8\cdot 3 \cdot 2\cdot 10^{12}\cdot 1.9\cdot 10^{30}\cdot (3\cdot10^8)^2}{4\pi \cdot (1.6\cdot10^{5}\cdot1.46\cdot10^{5})^3\cdot 100\cdot10^9\cdot1.6\cdot10^{-19}}
\approx
n_W
200

Задача

Определить концентрацию частиц барионной (газовой) материи!

Спасибо за понимание!

Made with Slides.com