De theorie was dat donkere materie relatief recent bestaat, en we hebben een lange weg afgelegd om te begrijpen wat maar liefst 23% van ons universum uitmaakt. Een recent artikel over de donkere materie dichter bij huis - hier in ons eigen zonnestelsel - laat zien dat dat zo is dichter en massiever dan in de galactische halo.
Donkere materie is gewoon raar spul. Het geeft geen licht af, heeft massa en reageert zwaartekracht met "normale" materie - het materiaal waaruit wij en onze planeet en de sterren zijn samengesteld. Net als normale materie 'klontert' het omhoog, of wordt het geaccumuleerd vanwege deze aantrekkingskracht. we vinden meer donkere materie in de buurt van sterrenstelsels dan in de uitgestrekte gebieden ertussen.
Donkere materie is echter niet alleen ver weg in de Melkweg of ergens aan de andere kant van het heelal: het is hier thuis in ons zonnestelsel. In een recent artikel ingediend bij Fysieke beoordeling DEthan Siegel en Xiaoying Xu van de Universiteit van Arizona analyseerden de verdeling van donkere materie in ons zonnestelsel en ontdekten dat de massa van donkere materie 300 keer meer is dan die van het galactische halogemiddelde, en de dichtheid is 16.000 keer hoger dan die van de donkere materie op de achtergrond.
In de geschiedenis van het zonnestelsel berekenen Xu en Siegel dat 1,07 x 10 ^ 20 kg donkere materie is gevangen, of ongeveer 0,0018% van de massa van de aarde. Om grip te krijgen op dit aantal is de massa van Ceres - het grootste object in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter - ongeveer 9 keer zo groot.
Siegel en Xu berekenden hoeveel donkere materie het zonnestelsel heeft opgespoeld gedurende de 4,5 miljard jaar durende levensduur door de samenstelling van de achtergrond van de donkere materiehalo in de baan van het zonnestelsel rond de melkweg te modelleren en te berekenen hoeveel donkere materie zou worden gevangen door het zonnestelsel terwijl het door deze halo beweegt. Ze voerden deze berekening uit voor de zon en elk van de acht planeten afzonderlijk, wat de verdeling van de materie door het zonnestelsel opleverde, evenals het totale gevangen bedrag.
Net zoals wanneer u met uw auto door een lichte sneeuwval rijdt, “blijft” donkere materie aan het zonnestelsel als het door de zon en de planeten wordt gebonden aan de zwaartekracht. Net zoals een deel van de sneeuw op je voorruit smelt (hopelijk), blijft sommige niet aan de motorkap plakken en vliegen de meeste gewoon voorbij, ook de donkere materie wordt niet gelijkmatig verdeeld over ons zonnestelsel. Sommige planeten hebben meer donkere materie dan andere, afhankelijk van waar ze zich bevinden. Hieronder wordt de dichtheidsverdeling van de donkere materie in het zonnestelsel weergegeven
De eerste piek is Mercurius en de volgende twee punten zijn Venus en Aarde (Mars komt niet opdagen). De volgende is Jupiter, gevolgd door een kleine hobbel van Saturnus en uiteindelijk vormen Uranus en Neptunus samen de laatste kleine hobbel.
Hoe beïnvloedt de lokale donkere materie interacties in het zonnestelsel? Welnu, het heeft geen groot effect op de banen van de planeten en het vertraagt het zonnestelsel in zijn baan rond het galactische centrum ook niet aanzienlijk.
“Planetaire banen zouden, als er voldoende donkere materie aanwezig was, hun perihelia sneller laten verlopen dan wanneer er geen donkere materie zou zijn. De hoeveelheid donkere materie die uit deze waarnemingen is toegestaan, is aanzienlijk groter dan de hoeveelheid die ik voorspel. De fouten bij de metingen van de precessie van het perihelium zijn in eenheden van honderdsten van een boogseconde per eeuw ... Zelfs als je aanneemt dat de donkere materie in rust is ten opzichte van het sterrenstelsel waar het zonnestelsel doorheen beweegt (wat het extreme voorbeeld is), de Zon is in de orde van 10 ^ 30 kg; het vastleggen van een klomp donkere materie van 10 ^ 20 kg zal je gedurende de levensduur van het zonnestelsel met ongeveer 20 micron / seconde vertragen. Dus dat zou klein zijn. ' â € “Ethan Siegel in een e-mailinterview.
En helaas zal het mysterie van de Pioneer-anomalie niet worden opgelost door deze openbaring, omdat de massa van de gevangen donkere materie niet genoeg is om de vreemde bewegingen van dat ruimtevaartuig te verklaren.
De ontdekking van een hogere dichtheid en massa van donkere materie in onze buurt kan echter helpen bij het bestuderen en detecteren van donkere materie. Het kennen van de massa- en dichtheidsverdeling van de lokale donkere materie â € “en dus weten hoeveel en waar te zoeken â €“ zal astronomen meer informatie geven over het oplossen ervan.
“Onze bepaling van de lokale dichtheid van donkere materie en snelheidsverdeling zijn van groot belang voor directe detectie-experimenten. De meest recente berekeningen die zijn uitgevoerd, gaan ervan uit dat de eigenschappen van donkere materie op de locatie van de zon rechtstreeks zijn afgeleid van de galactische halo. Ter vergelijking: we vinden dat bij terrestrische experimenten ook rekening moet worden gehouden met een component van donkere materie met een dichtheid die 16.000 keer groter is dan de achtergrondhalodichtheid, ”schreven Xu en Siegel.
Bron: Arxiv, e-mailinterview met Ethan Siegel
