Мрак по соседству

Окружает ли нашу Землю темная материя? Нагревает ли она газовые планеты-гиганты Солнечной системы? Количество темной материи во Вселенной почти в пять раз превышает объем обычной материи. Тем не менее, она продолжает оставаться загадочной, поскольку ее нельзя наблюдать в телескоп, и она почти всегда проникает сквозь обычную материю. Астрономы узнают о существовании темной материи только на основе ее гравитационных проявлений — так, привнося дополнительную массу во вращающиеся галактики, темная материя удерживает их от разлетания. Однако прежде чем устремлять взгляд к далеким галактикам, астрономы захотели провести исследования и поближе: темная материя могла бы производить заметный эффект в нашей собственной Солнечной системе.

Как утверждает физик-теоретик Стивен Адлер (Stephen Adler) из института современных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, говоря более точно, исследования могли бы проводиться с Землей и Луной. Так, если совместно определенная масса Земли и Луны оказалась бы больше, чем сумма их масс, измеренных по отдельности, то, по предположению ученого, разница масс могла бы быть объяснена наличием гало темной материи между двумя планетами.

Адлер пришел к такому заключению после анализа результатов измерений массы Луны, осуществленных лунными спутниками, и измерений массы Земли, проведенных долговременной системой геодезических спутников LAGEOS (LAser GEOdynamics Satellite), представляющих собой сферические отражатели лазерных лучей. Луч лазера определяет радиус орбиты каждого спутника и время, необходимое для одного витка по орбите. По таким измерениям специалисты могут вычислить гравитационную тягу каждого спутника, а, следовательно, и массу, обусловливающую эту тягу.

Мрак по соседству

СОГЛАСНО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ПРЕДПОЛОЖЕНИЯМ, частицы таинственной темной материи могут быть причиной до сих пор не объясненного процесса внутреннего подогрева газовых планет-гигантов нашей Солнечной системы

Далее Адлер проанализировал результаты измерения расстояния от Земли до Луны, проведенные с помощью лазерных лунных отражателей, установленных в ходе программы Apollo. Если Земля оказывает необычайно сильное гравитационное влияние на Луну, расстояние до которой 384 тыс. км, то дополнительное гравитационное влияние на спутники системы LAGEOS, находящиеся на среднем расстоянии около 12,3 тыс. км от Земли, можно объяснить действием гало темной материи между Луной и этими искусственными спутниками. Основываясь на текущих данных, Адлер заключил, что между Землей и Луной лежат не более 24 тыс. млрд тонн темной материи. Ученый добавляет, что это может объяснить наличие известных аномалий орбит космических аппаратов «Пионер», «Галилео», «Кассини», «Розетта» и миссии NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous).

Адлер также предполагает, что темная материя могла бы привести к драматическим эффектам для четырех газовых планет-гигантов нашей Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Обладай эти массивные тела гравитационно скрытой темной материей, частицы темной материи могли бы активно проникать в них — редкие события, но достаточные для того, чтобы подогреть газовые планеты (и даже Землю) так, чтобы их внутренние области оказались горячее, чем исследователи могли бы объяснить действием других механизмов. С такой позиции становится понятным, почему, например, Уран так аномально холоден. Ось этой планеты необычно сильно наклонена относительно плоскости вращения вокруг Солнца — возможно, за счет случившегося когда-то мощного внешнего воздействия, — и Адлер предположил, что в результате той давней катастрофы большая часть облака темной материи, разогревавшая планету, могла быть вырвана из Урана.

Как отмечает астрофизик-теоретик Этан Сигел (Ethan Siegel) из Портлендского университета, возможное нагревание планет темной материей может помочь ответить на вопрос о неизвестных свойствах этой материи — как часто она взаимодействует с обычной материей, или может ли темная материя собираться вокруг звезд и планет в противоположность тому, чтобы рассеиваться по целой галактике. Например, если частицы темной материи обладают соответствую щими античастицами, согласно теориям некоторых исследователей, то энергия, выделяющаяся при их аннигиляции, могла бы разогреть планеты гораздо быстрее, чем при взаимодействии частиц обычной и темной материи. Осуществление такого сценария подразумевает, что темная материя не может слишком сильно конденсироваться в нашей Солнечной системе, иначе последняя оказалась бы гораздо горячее.

Астрофизик Анника Петер (Annika Peter) из Калифорнийского технологического университета скептически относится к идее нагревания планет темной материей. Она считает, что потребовалось бы нереалистично большое количество темной материи. Астроном Эндрю Гоулд (Andrew Gould) из Государственного университета Огайо также сомневается, что в Солнечной системе могут быть сосредоточены большие объемы темной материи. Ученый соглашается, что гравитационные взаимодействия с планетами в основном будут выталкивать темную материю, подобно тому как планеты разогнали большую часть обычной материи Солнечной системы. Этан Сигел по-прежнему полагает, что коль скоро Солнечная система движется сквозь вещество Галактики, она могла бы собирать вокруг себя дополнительную темную материю.

Что касается сегодняшнего состояния этой проблемы, то вопрос существования любой разновидности темной материи в Солнечной системе остается таким же загадочным, как и проблема ее существования в других местах. «Было бы здорово, если бы вокруг Земли оказалось гало темной материи, подобно радиационным поясам Ван Аллена или кольцам вокруг Сатурна, — считает Адлер, — потому что в таком случае исследователи получили бы в свое распоряжение очень удобный способ раскрытия тайны того, что существует в таком огромном количестве во Вселенной, но до сих пор так призрачно».

Чарлз Чой

2 Ноября 2011, 10:40    Oleg    13685    9

Комментарии (9):

nop1984  •  2 Ноября 2011, 11:29

"и она почти всегда проникает сквозь обычную материю"

Любопытно, что знаит "почти" ?

den  •  2 Ноября 2011, 16:11

К nop1984 от 2 Ноября 2011, 11:29

Честно говоря не знаю. Возможно то, что  темная материя взаимодействует  только слабо (ну и гравитационно).

nop1984  •  2 Ноября 2011, 16:31

К den от 2 Ноября 2011, 16:11 вот и я не понял как взаимодействует. Имеется ввиду, что проникает, при условии что масса обычной материи не велика, и не задерживает большое количетво темной?

Если не это - то остается только анигиляция темной, и подогрев обычной "продуктом" распада темной.

Третего вроде не дано ?

Nambu  •  2 Ноября 2011, 17:29

К den от 2 Ноября 2011, 16:11

>и она почти всегда проникает сквозь обычную материю

Лучше удалить эту фразу, уж очень она противоречивая.

den  •  2 Ноября 2011, 17:38

К Nambu от 2 Ноября 2011, 17:29

Возможно.

Fiptiobby  •  6 Ноября 2011, 23:24
Другой и более распространённой точкой зрения является утверждение, по которому вакуумная энергия уменьшалась со временем в течение всей эволюции Вселенной (не только, и не сколько в её первые мгновения). В этом случае, как мы уже отметили, это квинтэссенция, которую связывают с временной эволюцией скалярного поля. Работ на эту тему – “тьма”, особенно после последнего “революционного” эксперимента WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrope Probe). Уже даже существует квинтэссенционный бариогенезис.
Qwerty  •  28 Ноября 2011, 8:12
Как можно оценить поток WIMP на поверхности Земли?
nop1984  •  29 Ноября 2011, 1:31

К Qwerty от 28 Ноября 2011, 8:12

теоретически! 

ModCos  •  29 Ноября 2011, 6:03

К Qwerty от 28 Ноября 2011, 8:12

Используя $\rho _0 \approx 0.3$ ГэВ/см$^3 $ и предполагая $m_\chi\approx 100$ ГэВ, получим для плотности числа WIMP $ n = \rho _0 /m_\chi\approx 3 \times 10^{ - 3} $ см$^{ - 3} $. При $\left\langle v \right\rangle \simeq 250$ км/с поток $J = n\left\langle v \right\rangle \sim 10^5$ см$^{ - 2}$ с$^{ - 1}$

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.