Teoretycznie ciemna materia istniała stosunkowo niedawno i przeszliśmy długą drogę, aby zrozumieć, co stanowi aż 23% naszego Wszechświata. Niedawny artykuł na temat ciemnej materii bliżej domu - tutaj w naszym Układzie Słonecznym - ujawnia, że tak jest gęstszy i bardziej masywny niż w aureoli galaktycznej.
Ciemna materia to po prostu dziwne rzeczy. Nie emituje światła, ma masę i reaguje grawitacyjnie z „normalną” materią - materiałem, z którego składają się my, nasza planeta i gwiazdy. Podobnie jak normalna materia „zlepia się” lub akretuje z powodu tego przyciągania grawitacyjnego; znajdujemy więcej ciemnej materii w pobliżu galaktyk niż w rozległych przestrzeniach między nimi.
Ciemna materia nie jest jednak daleko w Drodze Mlecznej ani gdzieś po drugiej stronie Wszechświata: jest tutaj w naszym Układzie Słonecznym. W ostatnim artykule przesłanym do Przegląd fizyczny D, Ethan Siegel i Xiaoying Xu z University of Arizona przeanalizowali rozkład ciemnej materii w naszym Układzie Słonecznym i stwierdzili, że masa ciemnej materii jest 300 razy większa niż średnia halo galaktycznego, a gęstość jest 16 000 razy większa niż tła ciemnej materii.
Na podstawie historii Układu Słonecznego Xu i Siegel obliczają, że uchwycono 1,07 X 10 ^ 20 kg ciemnej materii, czyli około 0,0018% masy Ziemi. Aby zrozumieć tę liczbę, masa Ceres - największego obiektu w pasie asteroid między Marsem a Jowiszem - jest około 9 razy większa.
Siegel i Xu obliczyli, ile ciemnej materii Układ Słoneczny zmiotł w ciągu swojej 4,5-miliardowej długości życia, modelując skład tła halo ciemnej materii na orbicie Układu Słonecznego wokół galaktyki i obliczając, ile ciemnej materii zostać uwięzionym przez Układ Słoneczny, gdy porusza się przez tę aureolę. Przeprowadzili te obliczenia dla Słońca i każdej z ośmiu planet osobno, podając rozkład materii w Układzie Słonecznym, a także całkowitą przechwyconą ilość.
Podobnie jak podczas jazdy samochodem przez lekki śnieg, ciemna materia „przykleja się” do Układu Słonecznego, gdy jest grawitacyjnie związany ze Słońcem i planetami. Tak jak niektóre śnieg topi się na przedniej szybie (miejmy nadzieję), niektóre nie przyklejają się do maski i większość po prostu leci obok, ciemna materia nie jest równomiernie rozmieszczona w całym Układzie Słonecznym. Niektóre planety otaczają ich więcej ciemnej materii niż inne, w zależności od ich położenia. Poniżej pokazano rozkład gęstości ciemnej materii w Układzie Słonecznym
Pierwszy skok to Merkury, a kolejne dwa to Wenus i Ziemia (Mars się nie pokazuje). Następnym jest Jowisz, a następnie niewielki guz z Saturna i ostatecznie Uran i Neptun razem tworzą ostatni mały guz.
Jak lokalna ciemna materia wpływa na interakcje w Układzie Słonecznym? Cóż, nie ma to dużego wpływu na orbity planet, ani nie spowalnia znacząco Układu Słonecznego na orbicie wokół centrum galaktyki.
„Na orbitach planetarnych, gdyby było wystarczająco ciemnej materii, ich perihelia miałaby preces szybciej, niż gdyby nie było ciemnej materii. Ilość ciemnej materii dozwolona na podstawie tych obserwacji jest znacznie większa niż przewidywana ilość. Błędy w pomiarach precesji peryhelium są w jednostkach setnych sekundy łuku na sto lat… Nawet jeśli założycie, że ciemna materia spoczywa w odniesieniu do galaktyki, przez którą porusza się Układ Słoneczny (co jest skrajnym przykładem), Słońce jest rzędu 10 ^ 30 kg; przechwytywanie kępki ciemnej materii o masie 10 ^ 20 kg spowolni cię o około 20 mikronów / sekundę w ciągu życia Układu Słonecznego. To by było małe. ” - Ethan Siegel w wywiadzie e-mailowym.
I niestety tajemnica pionierskiej anomalii nie zostanie rozwiązana przez to objawienie, ponieważ masa przechwyconej ciemnej materii nie wystarczy, aby wyjaśnić dziwne ruchy tego statku kosmicznego.
Odkrycie większej gęstości i masy ciemnej materii w naszym sąsiedztwie może jednak pomóc w badaniu i wykrywaniu ciemnej materii. Znajomość rozkładu masy i gęstości lokalnej ciemnej materii - a tym samym wiedząc, ile i gdzie jej szukać - zapewni astronomom szukającym rozwiązania dokładnie tego, z czego się składa, z większą ilością informacji.
„Nasze określenie lokalnej gęstości ciemnej materii i rozkładu prędkości ma ogromne znaczenie dla eksperymentów z bezpośrednim wykrywaniem. Ostatnie przeprowadzone obliczenia zakładają, że właściwości ciemnej materii w położeniu Słońca pochodzą bezpośrednio z halo galaktycznego. Dla porównania stwierdziliśmy, że eksperymenty naziemne powinny również uwzględniać składnik ciemnej materii o gęstości 16 000 razy większej niż gęstość halo tła ”- napisali Xu i Siegel.
Źródło: Arxiv, wywiad e-mailowy z Ethanem Siegelem
