Предполагалось, что темная материя существует сравнительно недавно, и мы прошли долгий путь в понимании того, что составляет колоссальные 23% нашей Вселенной. Недавняя статья о темной материи ближе к дому - прямо здесь, в нашей собственной Солнечной системе - показывает, что она более плотный и массивный, чем в галактическом гало.
Темная материя - просто странные вещи. Он не испускает свет, имеет массу и гравитационно реагирует на «нормальную» материю - материал, из которого мы, наша планета и звезды состоят. Как и обычная материя, она «сгущается» или нарастает из-за этого гравитационного притяжения; около галактик мы находим больше темной материи, чем между ними.
Темная материя не просто далеко в Млечном Пути или где-то на другом конце Вселенной: она прямо здесь, в нашей Солнечной системе. В недавнем документе, представленном Физический обзор DИтан Сигел и Сяоин Сюй из Университета Аризоны проанализировали распределение темной материи в нашей Солнечной системе и обнаружили, что масса темной материи в 300 раз больше средней гало галактики, а плотность в 16000 раз выше, чем это фон темной материи.
За всю историю Солнечной системы Сюй и Сигел вычислили, что было захвачено 1,07 X 10 ^ 20 кг темной материи, или около 0,0018% массы Земли. Чтобы справиться с этим числом, масса Цереры - самого большого объекта в поясе астероидов между Марсом и Юпитером - примерно в 9 раз превышает эту сумму.
Зигель и Сюй вычислили, сколько темной материи в Солнечной системе охватило ее за 4,5 миллиарда лет жизни, путем моделирования состава гало фоновой темной материи на орбите Солнечной системы вокруг галактики и расчета того, сколько темной материи будет быть пойманным в ловушку Солнечной системой, поскольку она движется через этот ореол. Они выполнили этот расчет для Солнца и каждой из восьми планет в отдельности, давая распределение вещества по всей Солнечной системе, а также общее количество захваченного.
Так же, как когда вы едете на машине через небольшой снегопад, темная материя «прилипает» к Солнечной системе, когда она гравитационно связана с Солнцем и планетами. Подобно тому, как часть снега тает на вашем ветровом стекле (надеюсь), некоторые не прилипают к капоту, а большинство просто летит прямо, темная материя также не распределяется равномерно по всей нашей Солнечной системе. Некоторые планеты окружают их более темной материей, чем другие, в зависимости от того, где они находятся. Ниже показано распределение плотности темной материи в Солнечной системе.
Первый всплеск - это Меркурий, а следующие два - это Венера и Земля (Марс не появляется). Следующим является Юпитер, за которым следует небольшой удар от Сатурна, и, наконец, Уран и Нептун вместе создают последний маленький удар.
Как локальная темная материя влияет на взаимодействия в Солнечной системе? Ну, это не оказывает большого влияния на орбиты планет, и при этом это не замедляет Солнечную систему на ее орбите вокруг центра галактики.
«Планетарные орбиты, если бы было достаточно темной материи, имели бы прецессию перигелия быстрее, чем если бы не было темной материи. Количество темной материи, разрешенное этими наблюдениями, значительно больше, чем я предсказываю. Ошибки в измерениях прецессии перигелия находятся в единицах сотых долей секунды дуги за столетие… Даже если предположить, что темная материя находится в состоянии покоя относительно галактики, через которую проходит Солнечная система (что является крайним примером), Солнце порядка 10 ^ 30 кг; захват скопления темной материи весом 10-20 кг замедлит вас примерно на 20 микрон в секунду в течение срока службы Солнечной системы. Так что это было бы мало ». - Итан Сигел в интервью по электронной почте.
И, увы, тайна аномалии Пионера не будет раскрыта этим откровением, поскольку массы захваченной темной материи недостаточно, чтобы объяснить странные движения этого космического корабля.
Однако обнаружение более высокой плотности и массы темной материи в нашем районе может помочь в изучении и обнаружении темной материи. Знание распределения массы и плотности локальной темной материи - и, следовательно, знание того, сколько и где ее искать - даст астрономам возможность узнать, из чего именно она состоит, с большей информацией.
«Наше определение локальной плотности и скорости распространения темной материи имеет большое значение для экспериментов по прямому обнаружению. Самые последние расчеты, которые были выполнены, предполагают, что свойства темной материи в местоположении Солнца получены непосредственно из галактического гало. Для сравнения, мы находим, что наземные эксперименты также должны учитывать компонент темной материи с плотностью, в 16 000 раз превышающей плотность фонового гало », - писали Сюй и Зигель.
Источник: Arxiv, электронное интервью с Итаном Сигелем
