Za tamnu je materiju postojalo relativno nedavno, a mi smo na dalekom putu razumijevanja onoga što čini strašnih 23% našeg Svemira. Nedavni rad o tamnoj materiji bliži kući - upravo ovdje u našem Sunčevom sustavu - otkriva da gušći i masivniji nego u galaktičkom halu.
Tamna materija su samo obične čudne stvari. Ne odaje svjetlost, ima masu i gravitacijski reagira s "normalnom" materijom - stvari od kojih smo sastavljeni mi, naš planet i zvijezde. Baš kao i normalna tvar, ona se »skuplja« ili prikuplja zbog ove gravitacijske privlačnosti; nalazimo više tamne materije u blizini galaksija nego u ogromnim prostranstvima između njih.
Mračna materija ipak nije tek na Mliječnom putu ili negdje s druge strane Svemira: već je ovdje kod kuće u našem Sunčevom sustavu. U nedavnom radu podnetom na Fizički pregled D, Ethan Siegel i Xiaoying Xu sa Sveučilišta u Arizoni analizirali su raspodjelu tamne materije u našem Sunčevom sustavu i otkrili da je masa tamne tvari 300 puta veća od mase prosjeka galaktičkog haloa, a gustoća 16.000 puta veća od onaj pozadinske tamne materije.
Tijekom povijesti Sunčevog sustava, Xu i Siegel izračunali su da je zarobljeno 1,07 X 10 ^ 20 kg tamne materije, odnosno oko 0,0018% mase Zemlje. Da biste dobili odgovor na ovaj broj, masa Ceres - najveći objekt asteroidnog pojasa između Marsa i Jupitera - otprilike je 9 puta veći od ovog iznosa.
Siegel i Xu izračunali su koliko će se tamne materije Sunčev sustav progutati tijekom 4,5 milijardi godina života modelirajući sastav pozadinskog haloa tamne materije u orbiti Sunčevog sustava oko galaksije i izračunavši koliko će tamne materije biti biti zarobljen Sunčevim sustavom dok se kreće kroz ovu halo. Vodili su ovo računanje za Sunce i svaki od osam planeta zasebno, dajući raspodjelu materije u Sunčevom sustavu, kao i ukupni zarobljeni iznos.
Kao i kad vozite automobil kroz svjetlo snježne padavine, tamna materija se "zalijepi za Sunčev sustav" kada je gravitacijski vezan Suncem i planetima. Kao što se neki snijeg topi na vašem vjetrobranskom staklu (nadamo se), neki se ne lijepi za haubu i većina samo leti točno, tako se i tamna tvar ne raspoređuje ravnomjerno po našem Sunčevom sustavu. Neki planeti imaju više tamne materije koja ih okružuje od drugih, ovisno o tome gdje se nalaze. Dolje je prikazano raspodjela gustoće tamne materije u Sunčevom sustavu
Prvi šiljak je Merkur, a sljedeća dva vrha su Venera i Zemlja (Mars se ne pojavljuje). Sljedeći je Jupiter, slijedi mali udar iz Saturna i napokon Uran i Neptun zajedno stvaraju posljednji mali udar.
Kako lokalna tamna tvar utječe na interakcije u Sunčevom sustavu? Pa, on nema veliki utjecaj na orbite planeta, niti znatno usporava Sunčev sustav u orbiti oko galaktičkog centra.
"Planetarne orbite bi, ako je prisutno dovoljno tamne materije, imale bi svoj perihelijski proces prije nego što nije bilo mračne materije. Količina tamne tvari dopuštena iz ovih promatranja znatno je veća od količine koju predviđam. Pogreške u mjerenjima precesije perihelija su u jedinicama stotine luka sekunde po stoljeću ... Čak i ako pretpostavite da je tamna tvar u mirovanju s obzirom na galaksiju kroz koju se kreće Sunčev sustav (što je ekstremni primjer), Sunce je reda 10 ^ 30 kg; hvatanje 10 - 20 kg nakupine tamne materije usporit će vas za oko 20 mikrona u sekundi tijekom životnog vijeka Sunčevog sustava. Dakle, to bi bilo malo. " - Ethan Siegel u intervjuu putem e-pošte.
Nažalost, tajna Pioneer-ove anomalije neće se riješiti ovom objavom, jer masa zarobljene tamne materije nije dovoljna da objasni neobične pokrete te svemirske letjelice.
Otkrivanje veće gustoće i mase tamne materije u našem susjedstvu moglo bi ipak pomoći u proučavanju i otkrivanju tamne materije. Poznavanje raspodjele mase i gustoće lokalne tamne materije - a samim tim i saznanje koliko i gdje treba tražiti - pružit će astronomima da razriješe točno ono što čine, s više informacija.
„Naše određivanje lokalne gustoće tamne materije i raspodjele brzina od velikog su značaja za eksperimente izravnog otkrivanja. Najnoviji izračuni koji su provedeni pretpostavljaju da su svojstva tamne materije na Sunčevom mjestu izvedena izravno iz galaktičkog haloa. Za usporedbu, nalazimo da bi zemaljski eksperimenti trebali razmotriti i komponentu tamne materije čija je gustoća 16.000 puta veća od gustoće pozadinske halo, "napisali su Xu i Siegel.
Izvor: Arxiv, e-mail intervju s Ethanom Siegelom
