DARK BARYONS IN GALACTIC HALOS

By: Dr. MARCO RONCADELLI

INFN, Pavia, Italy (roncadelli@pv.infn.it)

Abstract

Primordial nucleosynthesis as well as anisotropies in the cosmic microwave background radiation imply that the total amount of baryons in the Universe largely exceeds the visible contribution, thereby making a strong case for baryonic dark matter. Moreover, certain recent developments lead to a consistent picture of the dark baryon budget in the present-day Universe. 

Accordingly, dark baryons are mostly locked up in galactic halos – which are anyway dominated by nonbaryonic dark matter – and a sizable fraction of them consists of gas clouds. While a priori various forms of baryonic dark matter in galaxies can be conceived, observational constraints rule out most of the possibilities, leaving brown dwarfs and cold gas clouds mostly made of H2 as the only viable candidates (besides supermassive black holes). 

So, it looks natural to suppose that baryonic dark matter in galaxies is accounted for by dark clusters made of brown dwarfs and cold H2 clouds. A few years ago, it was shown that indeed these dark clusters are predicted to populate the outer halos of normal spiral galaxies by the Fall-Rees theory for the formation of globular clusters, which was based on the standard cold dark matter paradigm described in Blumenthal et al. 1984 Nature 311, 517. 

We review the dark cluster formation mechanism, and argue that its qualitative features are expected to remain true even in the contemporary picture of galaxy formation. We also discuss various ramifications of the dark cluster scenario in question, paying particular attention to its observational implications. One of them – the diffuse gamma-ray emission from the Milky Way halo – appears to have been confirmed by the discovery of Dixon et al. 1998 New Astronomy 3, 539. Whether this is actually fact or fiction only the future satellite missions AGILE and GLAST will tell.

http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0301537.pdf

Energi Gelap

Dalam kosmologi, energi gelap adalah suatu bentuk hipotesis dari energi yang mengisi seluruh ruang dan memiliki tekanan negatif yang kuat. Menurut teori relativitas umum, efek dari adanya tekanan negatif secara kualitatif serupa dengan memiliki gaya pada skala besar yang bekerja secara berlawanan terhadap gravitasi. Menggunakan efek seperti itu sekarang merupakan cara yang sering dilakukan untuk menjelaskan pengamatan mengenai pengembangan alam semesta yang dipercepat dan juga adanya bagian besar dari massa yang hilang di alam semesta.

Dua bentuk energi gelap yang diusulkan adalah konstanta kosmologi, suatu energi yang kerapatannya tetap dan secara homogen mengisi ruang, dan quintessence, suatu medan dinamis yang kepadatan energinya dapat berubah dalam ruang dan waktu. Membedakan antara keduanya memerlukan pengukuran berketelitian tinggi dari pengembangan alam semesta untuk dapat mengerti bagaimana kecepatan pengembangan berubah terhadap waktu. Laju pengembangan ini bergantung pada parameter persamaan keadaan kosmologi. Mengukur persamaan keadaan dari energi gelap adalah salah satu usaha besar dalam kosmologi observasional.

Bukti dari adanya Energi gelap

Pada tahun 1998, pengamatan Supernova tipe Ia oleh dua grup yang berbeda yaitu, High-Z SN Search Team pimpinan Dr. Brian Schmidt dan Supernova Cosmology Project (SCP) pimpinan Dr. Saul Perlmutter, menunjukkan bahwa pengembangan alam semesta mengalami percepatan. Dalam beberapa tahun terakhir, pengamatan ini telah dikuatkan oleh beberapa sumber: radiasi kosmik gelombang mikro latar belakang, pelensaan gravitasi, usia alam semesta, nukleosintesis dentuman dahsyat, struktur kosmos berskala besar dan pengukuran dari parameter Hubble, dan juga pengukuran supernova yang lebih baik. Semua elemen ini konsisten dengan model Lamda-CDM.

Supernova tipe Ia memberikan bukti paling langsung dari adanya energi gelap. Dengan mengukur kecepatan dari objek yang menjauh menggunakan pengukuran pergeseran merah, yang merupakan efek Doppler radiasi dari objek yang menjauh. Menentukan jarak dari suatu objek adalah masalah yang sulit dalam astronomi. Kita perlu menemukan lilin standard: obyek yang diketahui kecerlangan intrinsiknya, sehingga mungkin digunakan untuk menghubungkan kecerlangan yang tampak dengan jarak. Tanpa lilin standard, tidaklah mungkin mengukur hubungan pergeseran merah dengan jarak dalam hukum Hubble. 

Supernova tipe Ia adalah lilin standard terbaik untuk pengamatan kosmologi, karena mereka sangat terang dan hanya terjadi ketika massa dari bintang katai putih tua mencapai batas Chandrasekhar. Jarak ke supernova dapat digambar terhadap kecepatan, dan inilah yang digunakan untuk mengukur sejarah pengembangan alam semesta. Pengamatan ini menunjukkan bahwa alam semesta tidak mengalami perlambatan, yang seharusnya akan terjadi pada alam semesta yang didominasi oleh materi, tetapi justru secara misterius mengalami percepatan. Pengamatan ini dapat dijelaskan dengan membuat postulat tentang adanya sejenis energi yang memiliki persamaan keadaan yang negatif, yaitu energi gelap.

Keberadaan energi gelap, dalam bentuk apapun, juga memecahkan masalah yang disebut "massa yang hilang". Teori nukleosintesis dentuman dahsyat mengatur pembentukan unsur-unsur ringan pada awal alam semesta, seperti helium, deuterium, dan litium. Teori struktur kosmos berskala besar mengatur pembentukan struktur alam semesta, bintang, kuasar, galaksi dan gugus galaksi. 

Kedua teori ini menunjukkan bahwa kepadatan baryon dan materi gelap yang dingin di alam semesta adalah sekitar 30% dari kepadatan kritikal untuk alam semesta yang tertutup. Ini adalah kepadatan yang diperlukan untuk membuat bentuk alam semesta rata. Pengukuran radiasi kosmik gelombang mikro latar belakang, baru-baru ini menggunakan satelit WMAP, menunjukkan bahwa alam semesta hampir datar. Oleh karena itu, kita tahu bahwa suatu bentuk energi pasti mengisi 70% yang lainnya.

 Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_gelap

Cosmic Gravitational Wave Background

The cosmic gravitational wave background is a relic of the Cosmic inflation that can be measured directly or indirectly by examining the polarization of the Cosmic microwave background radiation. It is the result of three things: inflationary expansion of space itself, reheating after inflation, and turbulent fluid mixing of matter and radiation.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_gravitational_wave_background