Mörk materia teoretiserades att existera relativt nyligen, och vi har kommit långt med att förstå vad som utgör 23% av vårt universum. Ett nyligen uppsats om den mörka frågan närmare hemma - just här i vårt eget solsystem - avslöjar att det är det tätare och mer massiv än i den galaktiska gloria.
Mörk materia är bara konstiga saker. Det avger inte ljus, har massa och reagerar tyngdkraft med "normal" materia - saker som vi och vår planet och stjärnorna består av. Precis som vanlig materia "klumpar" sig upp eller förvärras på grund av denna gravitationsattraktion; vi finner mer mörk materia nära galaxer än i de stora vidderna mellan dem.
Mörk materia är inte bara långt borta i Vintergatan eller någon annanstans på andra sidan universum: det är precis här hemma i vårt solsystem. I ett nyligen framlagt dokument till Fysisk granskning D, Ethan Siegel och Xiaoying Xu från University of Arizona analyserade fördelningen av mörk materia i vårt solsystem och fann att massan av mörk materia är 300 gånger mer än den för det galaktiska halo-genomsnittet och densiteten är 16 000 gånger högre än det i bakgrunden mörk materia.
Under solsystemets historia beräknar Xu och Siegel att 1,07 X 10 ^ 20 kg mörk materia har fångats, eller cirka 0,0018% jordens massa. För att få tag på detta nummer är Ceres massa - det största föremålet i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter - ungefär nio gånger så mycket.
Siegel och Xu beräknade hur mycket mörk materia solsystemet har sopat över sin livslängd på 4,5 miljarder år genom att modellera sammansättningen av bakgrundsmörkarhalo i solsystemets bana runt galaxen och beräkna hur mycket mörk materia skulle fångas av solsystemet när det rör sig genom denna gloria. De genomförde denna beräkning för Solen och var och en av de åtta planeterna separat, vilket gav spridningen av ämnet i solsystemet samt det totala upptagna beloppet.
Mycket som när du kör din bil genom ett litet snöfall, "fastnar" mörk materia vid solsystemet när det är gravitationsbundet av solen och planeterna. Precis som att en del av snön smälter på vindrutan (förhoppningsvis), klistrar inte någon fast vid huven och de flesta bara flyger direkt, så distribueras mörk material inte jämnt över vårt solsystem. Vissa planeter har mer mörk materia kring dem än andra, beroende på var de är. Nedan visas densitetsfördelningen av det mörka materialet i solsystemet
Den första spiken är Merkurius, och de nästa två topparna är Venus och jorden (Mars dyker inte upp). Nästa är Jupiter, följt av en liten ojämnhet från Saturn och slutligen skapade Uranus och Neptune tillsammans den sista lilla bulten.
Hur påverkar den lokala mörkmaterial interaktioner i solsystemet? Tja, det har inte någon stor effekt på planeternas banor, och det bromsar inte heller solsystemet i sin bana runt det galaktiska centret märkbart.
”Planetbanor, om det fanns tillräckligt med mörk materia närvarande, skulle ha sin perihelia-prcess snabbare än om det inte fanns någon mörk materia. Mängden mörk materia som tillåts från dessa observationer är betydligt större än den mängd jag förutspår. Felen vid mätningarna av perihelion-förekomsten är i enheter av hundradelar av en bågsekund per sekel ... Även om du antar att den mörka materien är i vila med avseende på galaxen som solsystemet rör sig genom (vilket är det extrema exemplet), Solen är i ordning 10 ^ 30 kg; att fånga en 10 ^ 20 kg klump av mörk materia kommer att bromsa dig med cirka 20 mikron / sekund under solsystemets livstid. Så det skulle vara litet. ” â € “Ethan Siegel i en e-postintervju.
Och, tyvärr, mysteriet med Pioneer-anomalin kommer inte att lösas genom denna uppenbarelse, eftersom massan av den fångade mörka materien inte räcker för att förklara de udda rörelserna i det rymdskeppet.
Upptäckten av en högre densitet och massa av mörk materia i vårt grannskap kan dock hjälpa till att studera och upptäcka mörk materia. Att känna till den lokala mörka materiens massa och densitetsfördelning - och därmed veta hur mycket och var de ska leta efter det - kommer att ge astronomer som undersöker exakt vad det består av med mer information.
”Vår bestämning av den lokala mörkämnesdensiteten och hastighetsfördelningen är av stor vikt för direkt detekteringsexperiment. De senaste beräkningarna som har genomförts antar att egenskaperna hos mörk materia på solens plats härrör direkt från den galaktiska halogen. Som jämförelse finner vi att markexperiment också bör ta hänsyn till en komponent av mörkt material med en täthet som är 16 000 gånger större än bakgrundshalotätheten, ”skrev Xu och Siegel.
Källa: Arxiv, e-intervju med Ethan Siegel
