A resa di questu artista mostra una vista di a nostra propria Galassia Via Lattea è a so barra centrale cum'è puderia apparisce se vista da sopra. Creditu: NASA/JPL-Caltech/R. Feritu (SSC)
Cumu a materia scura puderia esse misurata in u sistema solare
Ritratti di u Via Lattea mostra miliardi di stelle disposte in un mudellu spirale chì irradianu da u centru, cù gas illuminatu trà. Ma i nostri ochji ponu vede solu a superficia di ciò chì mantene a nostra galassia. Circa u 95 per centu di a massa di a nostra galaxia hè invisibile è ùn interagisce micca cù a luce. Hè fattu di una sustanza misteriosa chjamata materia scura, chì ùn hè mai stata misurata direttamente.
Avà, un novu studiu calcula cumu a gravità di a materia scura affetta l'uggetti in u nostru sistema solare, cumprese navi spaziali è comete distanti. Proponi ancu un modu chì l'influenza di a materia scura puderia esse direttamente osservata cù un esperimentu futuru. L'articulu hè publicatu in u Avvisi mensili di a Royal Astronomical Society.
"Avemu predichendu chì se esce abbastanza luntanu in u sistema solare, avete veramente l'uppurtunità di cumincià à misurà a forza di a materia oscura", hà dettu Jim Green, coautore di studiu è cunsiglieru di NASAUffiziu di u Chief Scientist. "Questa hè a prima idea di cumu fà è induve a fariamu".
Materia scura in u nostru giardinu
Quì nantu à a Terra, a gravità di u nostru pianeta ci impedisce di volà fora di e nostre sedie, è a gravità di u Sole mantene u nostru pianeta in orbita nantu à un schedariu di 365 ghjorni. Ma u più luntanu da u sole una nave spaziale vola, menu si sente a gravità di u sole, è più si sente una fonte di gravità differente : quella di a materia da u restu di a galaxia, chì hè soprattuttu materia scura. A massa di i 100 miliardi di stelle di a nostra galassia hè minuscula paragunata à l'estimazioni di u cuntenutu di materia scura di a Via Lattea.
Per capisce l'influenza di a materia scura in u sistema solare, l'autore di studiu principale Edward Belbruno hà calculatu a "forza galattica", a forza gravitazionale generale di a materia nurmale cumminata cù a materia scura di tutta a galaxia. Hà trovu chì in u sistema solare, circa 45 per centu di sta forza hè da a materia scura è u 55 per centu hè da a normale, chjamata "materia barionica". Questu suggerisce una divisa quasi a mità è a mità trà a massa di materia scura è a materia normale in u sistema solare.
"Eru un pocu sorpresu da a cuntribuzione relativamente chjuca di a forza galattica per via di a materia scura sentita in u nostru sistema solare cumparatu cù a forza dovuta à a materia nurmale", hà dettu Belbruno, matematicu è astrofisicu di l'Università. Università di Princeton è l'Università Yeshiva. "Questu hè spiegatu da u fattu chì a maiò parte di a materia scura si trova in e parti esterne di a nostra galaxia, luntanu da u nostru sistema solare".
Una grande regione chjamata "halo" di materia scura circunda a Via Lattea è rapprisenta a più grande cuncentrazione di a materia scura di a galaxia. Ci hè pocu o nunda di materia normale in l'alone. Se u sistema solare era situatu à una distanza più grande da u centru di a galaxia, si senti l'effetti di una proporzione più grande di materia oscura in a forza galattica perchè saria più vicinu à l'alone di materia scura, anu dettu l'autori.
In u cuncepimentu di l'artista, a nave spaziale Voyager 1 di a NASA hà una vista d'ochju di u sistema solare. I circles rapprisentanu l'orbiti di i principali pianeti esterni: Jupiter, Saturnu, Uranu è Nettunu. Lanciata in u 1977, Voyager 1 hà visitatu i pianeti Jupiter è Saturnu. A nave spaziale hè avà più di 14 miliardi di chilometri da a Terra, facendu l'ughjettu più luntanu di l'omu mai custruitu. In fatti, a Voyager 1 hè avà ingrandendu u spaziu interstellare, a regione trà e stelle chì hè piena di gasu, polvera è materiale riciclatu da stelle morenti. Creditu: NASA, ESA è G. Bacon (STScI)
Cumu a materia scura pò influenzà a nave spaziale
Green è Belbruno predicenu chì a gravità di a materia scura interagisce sempre pocu cù tutte e navi spaziali chì a NASA hà mandatu nantu à i camini chì portanu fora di u sistema solare, secondu u novu studiu.
"Se a nave spaziale si move in a materia scura abbastanza longu, e so traiettorie sò cambiate, è questu hè impurtante di piglià in cunsiderà per a pianificazione di a missione per certe missioni future", disse Belbruno.
Tali navi spaziali ponu include e sonde ritirate Pioneer 10 è 11 chì lanciate in 1972 è 1973, rispettivamente; i sondi Voyager 1 è 2 chì anu esploratu da più di 40 anni è sò intruti in u spaziu interstellare; è a nave spaziale New Horizons chì hà volatu Plutoni è Arrokoth in u Belt Kuiper.
Ma hè un picculu effettu. Dopu avè viaghjatu miliardi di chilometri, u percorsu di una nave spaziale cum'è Pioneer 10 deviate solu di circa 5 piedi (1.6 metri) per via di l'influenza di a materia scura. "Sentinu l'effettu di a materia scura, ma hè cusì chjucu, ùn pudemu micca misurà", disse Green.
Induve piglia a forza galattica ?
À una certa distanza da u Sole, a forza galattica diventa più putente cà l'attrazione di u Sole, chì hè fatta di materia nurmale. Belbruno è Green hà calculatu chì sta transizione accade à circa 30,000 30,000 unità astronomiche, o 100,000 XNUMX volte a distanza da a Terra à u Sole. Hè ben oltre a distanza di Plutone, ma sempre in u Nuvulu di Oort, un sciame di milioni di cometi chì circundanu u sistema solare è si estende à XNUMX XNUMX unità astronomiche.
Questu significa chì a gravità di a materia scura puderia avè ghjucatu un rolu in a trajectoria di l'uggetti cum'è 'Oumuamua, u cometa in forma di cigaru o l'asteroide chì hè vinutu da un altru sistema di stella è passava per u sistema solare internu in 2017. A so velocità inusualmente veloce puderia esse spiegata. da a gravità di a materia scura chì l'impinge per milioni d'anni, dicenu l'autori.
S'ellu ci hè un pianeta giganti in l'esternu di u sistema sulari, un ughjettu ipoteticu chjamatu Pianeta 9 o Pianeta X chì i scientisti anu cercatu in l'ultimi anni, a materia scura influenza ancu a so orbita. S'ellu esiste stu pianeta, a materia scura puderia forse ancu alluntanassi da l'area induve i scientisti l'anu attualmente à circà, scrivenu Green è Belbruno. A materia scura pò ancu avè pruvucatu alcune di e comete di u Nuvulu d'Oort per scappà da l'orbita di u Sole.
Puderia esse misurata a gravità di a materia scura ?
Per misurà l'effetti di a materia scura in u sistema solare, una nave spaziale ùn hà micca bisognu di viaghjà cusì luntanu. À una distanza di 100 unità astronomiche, una nave spaziale cù l'esperimentu ghjustu puderia aiutà l'astrònomu à misurà l'influenza di a materia scura direttamente, Green è Belbruno dissi.
In particulare, una nave spaziale dotata di putenza radioisotopica, una tecnulugia chì hà permessu à i Pioneer 10 è 11, i Voyagers è New Horizon di vulà assai luntanu da u Sole, pò esse capace di fà sta misurazione. Una tale nave spaziale puderia purtà una bola riflettente è abbandunà à una distanza adatta. U ballò si sentia solu e forze galattiche, mentre chì a nave spaziale sperienze una forza termale da l'elementu radiuattivu in decadenza in u so sistema di putere, in più di e forze galattiche. Sotturà a forza termale, i circadori puderanu fighjulà cumu a forza galattica hè in relazione cù e deviazioni in e traiettorie rispettive di u ballu è a nave spaziale. Quelli deviazioni seranu misurati cù un laser cum'è i dui ogetti volanu paralleli l'un à l'altru.
Un cuncettu di missione prupostu chjamatu Interstellar Probe, chì hà da scopu di viaghjà à circa 500 unità astronomiche da u Sun per spiegà quellu ambiente inesploratu, hè una pussibilità per un tali esperimentu.
Dui veduti da Hubble di u massivu cluster di galassie Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652) sò mostrati. A manca hè a vista in luce visibile cù archi blu strani chì appariscenu trà e galassie gialli. Quessi sò l'imaghjini magnificate è distorte di galaxie situate luntanu daretu à u cluster. A so luce hè piegata è amplificata da l'immensa gravità di u cluster in un prucessu chjamatu lensing gravitational. À a diritta, una sfumatura blu hè stata aghjunta per indicà u locu di u materiale invisibule chjamatu materia scura chì hè matematicamente necessariu per cuntà a natura è a piazza di e galassie lenti gravitazionale chì si vedenu. Creditu: NASA, ESA, MJ Jee è H. Ford (Università Johns Hopkins)
Più nantu à a materia scura
A materia scura cum'è una massa oculta in galaxie hè stata pruposta per a prima volta in l'anni 1930 da Fritz Zwicky. Ma l'idea hè stata cuntruversa finu à l'anni 1960 è 1970, quandu Vera C. Rubin è i culleghi cunfirmanu chì i muvimenti di stiddi intornu à i so centri galattici ùn seguitanu micca e lege di a fisica s'ellu era solu a materia nurmale. Solu una gigantesca fonte nascosta di massa pò spiegà perchè e stelle à a periferia di e galaxie spirale cum'è a nostra si movenu cusì rapidamente.
Oghje, a natura di a materia scura hè unu di i più grandi misteri in tutta l'astrofisica. Osservatori putenti cum'è u Telescopiu Spaziale Hubble è l'Observatoriu Chandra X-Ray anu aiutatu à i scientisti à cumincià à capisce l'influenza è a distribuzione di a materia scura in l'universu in generale. Hubble hà esploratu parechje galaxie chì a materia scura cuntribuisce à un effettu chjamatu "lenti," induve a gravità curva u spaziu stessu è ingrandisce l'imaghjini di galassie più distanti.
L'astrònomi amparanu più nantu à a materia scura in u cosmosu cù u più novu set di telescopi di punta. di a NASA Webis Telegraficu Spidali James Webb, chì hà lanciatu u 25 di dicembre di u 2021, hà da cuntribuisce à a nostra cunniscenza di a materia scura per piglià l'imaghjini è altre dati di galaxie è osservendu i so effetti di lenti. U telescopiu spaziale rumanu Nancy Grace di a NASA, chì hà da esse lanciatu à a mità di l'anni 2020, farà sondaggi di più di un miliardo di galassie per fighjà l'influenza di a materia scura nantu à e so forme è distribuzione.
A prossima missione Euclid di l'Agenzia Spaziale Europea, chì hà una cuntribuzione di a NASA, serà ancu destinata à a materia oscura è à l'energia scura, guardendu in u tempu circa 10 miliardi d'anni à un periodu quandu l'energia scura hà cuminciatu à accelerà l'espansione di l'universu. È l'Observatoriu Vera C. Rubin, una cullaburazione di a Fundazione Naziunale di Scienza, u Dipartimentu di l'Energia, è altri, chì hè in custruzzione in Cile, aghjunghjenu dati preziosi à stu puzzle di a vera essenza di a materia scura.
Ma sti strumenti putenti sò pensati per circà l'effetti forti di a materia scura à larga distanza, è assai più luntanu chè in u nostru sistema solare, induve l'influenza di a materia scura hè assai più debule.
"Se pudete mandà una nave spaziale quì per detect lu, chì saria una scuperta enormosa", disse Belbruno.
Riferimentu: "Quandu abbanduneghja u sistema solare: a materia scura face a differenza" da Edward Belbruno è James Green, 4 di ghjennaghju di u 2022, Avvisi mensili di a Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3781
