暗物質比例增加會對星系造成什麼影響?
目前的觀測顯示暗物質和暗能量分別佔據宇宙中27%和68%的質量,而可見物質只佔5%。假如一個星系中(或者星球周圍)的暗物質比重增加,會對星系(星球)產生哪些影響?有沒有可能讓星系變成黑洞?
不用那麼複雜,對於這個問題,你就把暗物質當成我們沒看見的物質就行了。
題目不明確,分幾種情況討論下。
1)宇宙整體暗物質密度提高,物質與暗能量密度不變。這並不會改變宇宙的曲率,但是隨著時間演化,會導致總密度偏離臨界密度更遠。偏離臨界密度導致不穩定,比如膨脹越來越快,或者開始塌縮。當前通過宇宙學測量基本確定宇宙曲率是零。在這種情況下如果暗物質增加,引力增加,可能減慢膨脹,可能平衡暗能量的斥力,這取決於增加了多少暗物質。
2)暗物質與物質總密度不變,暗物質增加。宇宙整體的演化不會有變化。對於星系來說,由於正常物質的比例降低,會導致星系中恆星或者黑洞的反饋作用被相對削弱。這樣我們看到的旋臂星系會相對變多。
上面兩條是宇宙學尺度上的暗物質增加,就是隨便扯扯,因為那應該是不可能的。重點是下面這個,對於單獨的星系,增加暗物質會怎麼樣。
3)現有的宇宙學模型中,星系的誕生以及演化都是由於暗物質驅動的。也就是說,在宇宙早期,暗物質首先由於分布不均勻產生引力塌縮,形成所謂的暗物質暈(Dark matter halo)。與此同時,第一代恆星也已經開始形成。但是大部分正常的物質還是在宇宙中到處飄蕩,構成所謂的星系間介質(Intergalactic medium,IGM)。由於暗物質暈提供了一個強的引力勢,這些星系間介質會被吸積到暗物質暈裡面,從而被迫提升了密度。密度提高帶來了可能的引力不穩定性,導致了星系中恆星的形成。形成的恆星會導致星風,超新星爆發,或者行星狀星雲等反饋作用,從而改變星系中可見物質的分布。這樣就可以影響整個星系的演化。
但是星系的演化並不是孤立的演化。早期形成的暗物質暈質量都相對較小,和觀測到的星系中的暗物質暈的質量不相符。這說明在演化過程中,暗物質暈之間也存在相互作用,主要是暗物質暈之間碰撞融合形成更大的暗物質暈。這被稱為暗物質暈的層級模型(Hierarchical model),即通過小的暗物質暈互相吞併形成大的暗物質暈。這樣的合併過程主要可以分為兩類,大的融合(major merger) 和 小的融合(minor merger)。大的融合要求兩個星系的質量相當,比如百萬年後的銀河系和M31的融合,小的融合則是說兩個星系的質量相差量級,在十倍以上。融合的結果是不斷增大暗物質暈的質量,同時為星系帶入新的氣體,用於形成恆星。大的融合會破壞星系原有的結構,比如懸臂,因為劇烈的引力勢變化。同時如果在融合前,兩個星系中的氣體都沒有被耗盡,大的融合會導致劇烈的恆星形成,從而導致starburst。另一方面,在星系中心可能觸發黑洞的活動,因為融合提供了大量能被黑洞吸積的物質,這會導致黑洞的光度提高,甚至產生噴流。小的融合則不會有這麼劇烈的後果,通常是緩慢的增大吸積IGM的速率,從而讓星系緩慢變大。綜上,星系的演化可以理解為,暗物質暈不斷增加質量,同時星系中正常物質不斷調整自己以適應不斷增加的引力勢。
回到問題,星系的暗物質質量增加是星系演化過程中,是一直在發生的事。但是通常這不會增大暗物質的比重,因為提高了的引力勢會吸積周圍的正常物質,結果就是暗物質與正常物質的比例基本維持在宇宙的平均值。但是,在星系的融合過程中,可能產生星系中恆星大量形成的情況,這些新的恆星會大量拋射物質,從而使星系中充滿氣體,同時破壞恆星的宜居帶。也就是說在這樣的星系中,人類是不大可能存在的,因為適宜的條件都被恆星的反饋作用破壞了。
黑洞的形成是另外一個問題,一般來說,大質量的暗物質暈中一定會存在黑洞。但是應該不存在整個星系變成黑洞的情況,銀河系這樣10^12 太陽質量的星系中心的黑洞才10^6 太陽質量左右,只佔了總質量很小的一部分。黑洞的形成和暗物質暈融合之間的關係,目前並不清楚。Major merger 可能導致星系中心產生很多恆星,這些恆星可以成為黑洞成長的養分。但是星系中心大質量黑洞的種子,還是一個未解決的問題。
首先,這要分類討論~
其一,如果宇宙整體暗物質密度提高,物質與暗能量密度不變。這並不會改變宇宙的曲率,但是隨著時間演化,會導致總密度偏離臨界密度更遠。偏離臨界密度導致不穩定,比如膨脹越來越快,或者開始塌縮。當前通過宇宙學測量基本確定宇宙曲率是零。在這種情況下如果暗物質增加,引力增加,可能減慢膨脹,可能平衡暗能量的斥力,也可能導致宇宙塌縮,這取決於增加了多少暗物質。
其二,如果是暗物質與物質總密度不變,暗物質增加。宇宙整體的演化不會有變化。對於星系來說,由於正常物質的比例降低,會導致星系中恆星或者黑洞的反饋作用被相對削弱。這樣我們看到的旋臂星系會相對變多。
上面兩條是宇宙學尺度上的暗物質增加,就是隨便扯扯,因為那應該是不可能的。重點是下面這個,對於單獨的星系,增加暗物質會怎麼樣。
重點來了!
現有的宇宙學模型中,星系的誕生以及演化都是由於暗物質驅動的。也就是說,在宇宙早期,暗物質首先由於分布不均勻產生引力塌縮,形成所謂的暗物質暈(Dark matter halo)。與此同時,第一代恆星也已經開始形成。但是大部分正常的物質還是在宇宙中到處飄蕩,構成所謂的星系間介質(Intergalactic medium,IGM)。由於暗物質暈提供了一個強的引力勢,這些星系間介質會被吸積到暗物質暈裡面,從而被迫提升了密度。密度提高帶來了可能的引力不穩定性,導致了星系中恆星的形成。形成的恆星會導致星風,超新星爆發,或者行星狀星雲等反饋作用,從而改變星系中可見物質的分布。這樣就可以影響整個星系的演化。
但是星系的演化並不是孤立的演化。早期形成的暗物質暈質量都相對較小,和觀測到的星系中的暗物質暈的質量不相符。這說明在演化過程中,暗物質暈之間也存在相互作用,主要是暗物質暈之間碰撞融合形成更大的暗物質暈。這被稱為暗物質暈的層級模型(Hierarchical model),即通過小的暗物質暈互相吞併形成大的暗物質暈。這樣的合併過程主要可以分為兩類,大的融合(major merger) 和 小的融合(minor merger)。大的融合要求兩個星系的質量相當,比如百萬年後的銀河系和M31的融合,小的融合則是說兩個星系的質量相差量級,在十倍以上。融合的結果是不斷增大暗物質暈的質量,同時為星系帶入新的氣體,用於形成恆星。大的融合會破壞星系原有的結構,比如懸臂,因為劇烈的引力勢變化。同時如果在融合前,兩個星系中的氣體都沒有被耗盡,大的融合會導致劇烈的恆星形成,從而導致starburst。另一方面,在星系中心可能觸發黑洞的活動,因為融合提供了大量能被黑洞吸積的物質,這會導致黑洞的光度提高,甚至產生噴流。小的融合則不會有這麼劇烈的後果,通常是緩慢的增大吸積IGM的速率,從而讓星系緩慢變大。綜上,星系的演化可以理解為,暗物質暈不斷增加質量,同時星系中正常物質不斷調整自己以適應不斷增加的引力勢。
回到問題,星系的暗物質質量增加是星系演化過程中,是一直在發生的事。但是通常這不會增大暗物質的比重,因為提高了的引力勢會吸積周圍的正常物質,結果就是暗物質與正常物質的比例基本維持在宇宙的平均值。但是,在星系的融合過程中,可能產生星系中恆星大量形成的情況,這些新的恆星會大量拋射物質,從而使星系中充滿氣體,同時破壞恆星的宜居帶。也就是說在這樣的星系中,人類是不大可能存在的,因為適宜的條件都被恆星的反饋作用破壞了。
黑洞的形成是另外一個問題,一般來說,大質量的暗物質暈中一定會存在黑洞。但是應該不存在整個星系變成黑洞的情況,銀河系這樣10^12 太陽質量的星系中心的黑洞才10^6 太陽質量左右,只佔了總質量很小的一部分。
所以黑洞的形成和暗物質暈融合之間的關係,目前並不清楚。成為黑洞不可能。其他問題太不嚴謹不回答
謝不邀。
我們四周的空氣中也存在人眼不可見的因素,加之「動態」平衡本身就是可變的,但是我們活得依然好好的。
如今我們的宇宙是在暗物質與引力的平衡下處於時空曲率位零的穩定狀態,那麼如果宇宙中的暗物質增加會產生什麼樣的變化呢?,,
暗物質的增加,會使我們的宇宙的時空曲率為正,,在我們的眼中,現在的星繫到那時來看就會產生許多個相同的像,簡單的來說我們會看到幾個相同的星系
呵呵,黑洞也是物質。
暗物質比例越大物質就越少。
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