常规物质与暗物质的比率，在银河系之外

考虑从另一个问题说出这张出色的图表，

首先，星系的密度为D。星际空间的密度为d。

众所周知：在星系（密度D）中，大多数物质都是暗物质。为了方便起见，我们将其设为10：1。

因此，暗物质的比例在星系是（我们会说）10：1。

但是，这是我在任何地方都找不到的解释：

（1）在星际空间中。首先，有什么暗物质吗？或者，我们是否相信暗物质仅存在于星系中？不在之间？

（2）如果星系之间存在暗物质。我们是否知道或相信：那里暗物质的比率是多少？实际上，它与银河系内部的比率是否相同（例如10：1）？或者，它可能会更占主导地位，或者可能会变得不那么占主导地位？那里的比例是多少？

（3）如果到处都有暗物质。星系存在于细丝和壁中。暗物质会这样做吗？还是均匀分布？

对这个问题的简短回答是“不”，星系之间没有暗物质，至少在任何明显的水平上都没有。

星系之间存在普通物质，称为星系间介质（IGM）。IGM是一种极稀的热气体，遍布星系之间的空间。IGM的典型密度约为每立方米一个氢原子，其温度约为10 ^ 6K。这些高温使IGM与任何星系保持压力平衡，并防止其塌陷到星系上。

但是，暗物质很冷，并且在IGM中缺乏气体的压力支持，因此它凝结到星系上。[1]暗物质与普通物质之间的一个有趣区别是，暗物质缺乏任何形式的冷却机制。结果，当普通物质崩溃到星系上时，它可以冷却并凝结到一个相对紧凑的空间中，然后形成恒星和行星。但是，暗物质仍处于扩展状态，因为它没有办法释放其重力势能。因此，星系表现出实质的暗物质光晕，其中暗物质与普通物质的比率大大增加了远离中心的几个银河半径。在银河系内部，普通物质至少占主导地位一个数量级，

一个有趣的问题是星际空间中是否存在暗物质光晕，而中心没有相应的宿主星系。据我们所知，答案似乎是否定的，或者至少，这样的结构必须很小并且非常稀有。矮星系（只有10 ^ 6太阳质量）具有巨大的暗物质光环（相对于银河系，其大小与比例大得多），但几乎每个光环似乎都至少存在一些普通物质，不管多么微弱。

宇宙空隙是一个更极端的例子。虚空以暗能量为主，因此膨胀比宇宙其余部分更快。空隙倾向于将任何物质（深色或其他）推入将其与周围空隙分隔开的墙壁。实际上，宇宙是由空隙组成的，我们所知道的一切都位于将它们隔开的墙壁和细丝上。 本文研究了宇宙空隙中的暗物质光环，并从本质上发现没有任何物质。换句话说，他们发现宇宙空隙中的暗物质光环拥有宿主星系，就像宇宙空隙之外的暗物质光环一样（这几乎总是如此）。

[1]：绝对要学究，我毫不怀疑星际空间中有一些暗物质粒子在飞驰。但是如果它的密度超过IGM中普通物质的（已经微不足道的）密度，我会感到惊讶。

让我看看是否至少可以回答其中一些问题。

1. 是的，星系之间存在暗物质。这可以通过以下事实得到证明：在银河系群和星团中，您需要比在银河系本身中发现的暗物质更多的物质来解释正在发生的事情：就为什么尽管银河系或星团的速度极快，这些星团或星团还是受到重力约束的原因组/团中的星系；为什么簇中发射X射线的气体如此热和高压而仍被限制在簇中；为了解释星系团对背景星系的引力作用。（还得到了对簇中的Sunyaev-Zeldovich效应的观察的支持。）

   （事实上​​，关于暗物质的最古老证据是星团内部星系的极高速度，这是1930年代Fritz Zwicky测得的。这也是修改牛顿动力学作为暗物质替代品的一种失败模式：即使你认为你可以得到物质摆脱黑暗中的星系，你依然落得星系团内需要暗物质，除了星系本身。）

   而且，当然，宇宙学模型表明，暗物质约占宇宙临界密度的25％。为了拥有这么多的暗物质，您必须拥有比单个星系内部更多的暗物质。

2. “如果星系之间存在暗物质。我们是否知道或相信：那里的暗物质比率是多少？” 我认为回答这个问题的最简单方法是采用由当前宇宙学观测和模型确定的整个宇宙的暗物质/重子物质比率。这样得出的比例约为5：1。

3. “银河系存在于细丝和墙壁中。暗物质是这样做的吗？还是均匀扩散的？” 是的，暗物质可以做到这一点。我们之所以看到细丝，簇和壁上的星系，是因为暗物质在重力作用下聚集成了这些结构。在这种规模上，星系基本上是沿着暗物质行进的方向移动的。长丝中存在星系的原因是由于整个宇宙中规则物质和暗物质的密度分布不​​均。密度过大会导致物质坍缩形成（例如）星系，但密度过高可能是不对称的。这导致崩溃在一个特定方向上的发生速度更快，从而导致星系形成细丝（请参见例如此摘要文件进行概述）。

   此页面包含来自大规模宇宙学模拟（千年模拟）的图像。大部分显示不同尺度丝状结构的图像仅显示暗物质。