Es wurde angenommen, dass dunkle Materie vor relativ kurzer Zeit existiert, und wir haben einen langen Weg zurückgelegt, um zu verstehen, was satte 23% unseres Universums ausmacht. Ein kürzlich veröffentlichtes Papier über die dunkle Materie näher zu Hause - genau hier in unserem eigenen Sonnensystem - zeigt, dass dies der Fall ist dichter und massiver als im galaktischen Heiligenschein.
Dunkle Materie ist einfach nur seltsames Zeug. Es gibt kein Licht ab, hat Masse und reagiert gravitativ mit „normaler“ Materie - dem Material, aus dem wir, unser Planet und die Sterne bestehen. Genau wie bei normaler Materie „verklumpt“ sie aufgrund dieser Anziehungskraft. Wir finden mehr dunkle Materie in der Nähe von Galaxien als in den weiten Weiten zwischen ihnen.
Dunkle Materie ist jedoch nicht nur weit entfernt in der Milchstraße oder irgendwo auf der anderen Seite des Universums: Sie ist genau hier zu Hause in unserem Sonnensystem. In einem kürzlich eingereichten Artikel an Körperliche Überprüfung D.Ethan Siegel und Xiaoying Xu von der Universität von Arizona analysierten die Verteilung der dunklen Materie in unserem Sonnensystem und stellten fest, dass die Masse der dunklen Materie 300-mal höher ist als die des galaktischen Halo-Durchschnitts und die Dichte 16.000-mal höher als das der dunklen Materie im Hintergrund.
In der Geschichte des Sonnensystems berechnen Xu und Siegel, dass 1,07 x 10 ^ 20 kg dunkle Materie eingefangen wurden, was etwa 0,0018% der Masse der Erde entspricht. Um diese Zahl in den Griff zu bekommen, beträgt die Masse von Ceres - dem größten Objekt im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter - etwa das Neunfache dieser Menge.
Siegel und Xu berechneten, wie viel dunkle Materie das Sonnensystem über seine Lebensdauer von 4,5 Milliarden Jahren hinweg aufgenommen hat, indem sie die Zusammensetzung des Halos der dunklen Materie im Hintergrund in der Umlaufbahn des Sonnensystems um die Galaxie modellierten und berechneten, wie viel dunkle Materie dies tun würde vom Sonnensystem gefangen werden, wenn es sich durch diesen Heiligenschein bewegt. Sie führten diese Berechnung für die Sonne und jeden der acht Planeten separat durch und gaben die Verteilung der Materie im gesamten Sonnensystem sowie die erfasste Gesamtmenge an.
Ähnlich wie wenn Sie Ihr Auto durch leichten Schneefall fahren, „haftet“ dunkle Materie am Sonnensystem, wenn sie durch die Sonne und die Planeten gravitativ gebunden ist. So wie ein Teil des Schnees (hoffentlich) auf Ihrer Windschutzscheibe schmilzt, ein Teil nicht an der Motorhaube haftet und die meisten direkt vorbeifliegen, ist die dunkle Materie auch in unserem Sonnensystem nicht gleichmäßig verteilt. Einige Planeten sind von mehr dunkler Materie umgeben als andere, je nachdem, wo sie sich befinden. Unten ist die Dichteverteilung der dunklen Materie im Sonnensystem dargestellt
Die erste Spitze ist Merkur und die nächsten beiden Spitzen sind Venus und Erde (Mars erscheint nicht). Der nächste ist Jupiter, gefolgt von einer kleinen Beule vom Saturn, und schließlich bilden Uranus und Neptun zusammen die letzte kleine Beule.
Wie wirkt sich die lokale Dunkle Materie auf Wechselwirkungen im Sonnensystem aus? Nun, es hat weder einen großen Einfluss auf die Umlaufbahnen der Planeten, noch verlangsamt es das Sonnensystem in seiner Umlaufbahn um das galaktische Zentrum merklich.
„Wenn auf Planetenbahnen genügend dunkle Materie vorhanden wäre, würde ihre Perihelie schneller voranschreiten als wenn keine dunkle Materie vorhanden wäre. Die Menge an dunkler Materie, die aus diesen Beobachtungen hervorgeht, ist erheblich größer als die Menge, die ich vorhersage. Die Fehler bei den Messungen der Perihelpräzession sind in Einheiten von Hundertstel Bogensekunden pro Jahrhundert angegeben. Selbst wenn Sie annehmen, dass die dunkle Materie in Bezug auf die Galaxie, durch die sich das Sonnensystem bewegt, in Ruhe ist (was das extreme Beispiel ist), ist die Sonne ist in der Größenordnung 10 ^ 30 kg; Das Einfangen eines 10 ^ 20 kg schweren Klumpens dunkler Materie verlangsamt Sie während der Lebensdauer des Sonnensystems um etwa 20 Mikrometer / Sekunde. Das wäre also klein. “ - Ethan Siegel in einem E-Mail-Interview.
Und leider wird das Geheimnis der Pionieranomalie durch diese Enthüllung nicht gelöst, da die Masse der eingefangenen dunklen Materie nicht ausreicht, um die seltsamen Bewegungen dieses Raumfahrzeugs zu erklären.
Die Entdeckung einer höheren Dichte und Masse dunkler Materie in unserer Nachbarschaft kann jedoch bei der Untersuchung und Erkennung dunkler Materie hilfreich sein. Wenn Sie die Masse- und Dichteverteilung der lokalen dunklen Materie kennen und somit wissen, wie viel und wo Sie danach suchen müssen, können Astronomen genauer herausfinden, woraus sie besteht.
„Unsere Bestimmung der lokalen Dichte und Geschwindigkeitsverteilung der dunklen Materie ist für direkte Detektionsexperimente von großer Bedeutung. Die jüngsten Berechnungen gehen davon aus, dass die Eigenschaften der Dunklen Materie am Sonnenstandort direkt vom galaktischen Lichthof abgeleitet sind. Zum Vergleich stellen wir fest, dass terrestrische Experimente auch eine Komponente der Dunklen Materie mit einer Dichte berücksichtigen sollten, die 16.000-mal höher ist als die Hintergrund-Halodichte “, schrieben Xu und Siegel.
Quelle: Arxiv, E-Mail-Interview mit Ethan Siegel
