Ir-rendiment ta' dan l-artist juri veduta tal-Galaxy Way tal-Ħalib tagħna stess u l-bar ċentrali tagħha kif jista' jidher jekk jitqies minn fuq. Kreditu: NASA/JPL-Caltech/R. Iweġġgħu (SSC)
Kif Tista' Tkejjel il-Materja Skura fis-Sistema Solari
Stampi tal- Milky Way juru biljuni ta 'stilel rranġati f'mudell spirali li jirradja 'l barra miċ-ċentru, b'gass illuminat bejniethom. Imma għajnejna jistgħu jaraw biss il-wiċċ ta’ dak li jżomm il-galaxie tagħna flimkien. Madwar 95 fil-mija tal-massa tal-galaxie tagħna hija inviżibbli u ma jinteraġixxix mad-dawl. Huwa magħmul minn sustanza misterjuża msejħa materja skura, li qatt ma ġiet imkejla direttament.
Issa, studju ġdid jikkalkula kif il-gravità tal-materja skura taffettwa l-oġġetti fis-sistema solari tagħna, inklużi l-vetturi spazjali u l-kometi imbiegħda. Tipproponi wkoll mod li l-influwenza tal-materja skura tista 'tiġi osservata direttament b'esperiment futur. L-artiklu huwa ppubblikat fil- Avviżi ta ’Kull Xahar tas-Soċjetà Rjali Astronomika.
"Qed inbassru li jekk toħroġ 'il bogħod biżżejjed fis-sistema solari, fil-fatt ikollok l-opportunità li tibda tkejjel il-forza tal-materja skura," qal Jim Green, ko-awtur tal-istudju u konsulent għal NASAUffiċċju tax-Xjentist Ewlieni. "Din hija l-ewwel idea ta 'kif nagħmluha u fejn nagħmluha."
Materja skura fil-bitħa tagħna
Hawnhekk fid-Dinja, il-gravità tal-pjaneta tagħna żżommna milli ttiru mis-siġġijiet tagħna, u l-gravità tax-Xemx iżżomm il-pjaneta tagħna orbita fuq skeda ta '365 jum. Imma iktar ma vettura spazjali tittajjar 'il bogħod mix-Xemx, inqas tħoss il-gravità tax-Xemx, u aktar tħoss sors ta' gravità differenti: dik tal-materja mill-bqija tal-galaxie, li l-aktar hija materja skura. Il-massa tal-100 biljun stilla tal-galaxie tagħna hija minuskula meta mqabbla mal-istimi tal-kontenut tal-materja skura tal-Mixja tal-Ħalib.
Biex tifhem l-influwenza tal-materja skura fis-sistema solari, l-awtur ewlieni tal-istudju Edward Belbruno ikkalkula l-"forza galattika," il-forza gravitazzjonali ġenerali tal-materja normali flimkien ma 'materja skura mill-galaxie kollha. Huwa sab li fis-sistema solari, madwar 45 fil-mija ta 'din il-forza hija minn materja skura u 55 fil-mija hija minn normali, l-hekk imsejħa "materja barjonika." Dan jissuġġerixxi qasma bejn wieħed u ieħor nofs u nofs bejn il-massa tal-materja skura u l-materja normali fis-sistema solari.
"Kont daqsxejn sorpriż bil-kontribuzzjoni relattivament żgħira tal-forza galattika minħabba l-materja skura li tinħass fis-sistema solari tagħna meta mqabbla mal-forza minħabba l-materja normali," qal Belbruno, matematiku u astrofiżiku f' Università ta 'Princeton u l-Università Yeshiva. "Dan huwa spjegat mill-fatt li ħafna mill-materja skura tinsab fil-partijiet ta 'barra tal-galaxie tagħna, 'il bogħod mis-sistema solari tagħna."
Reġjun kbir imsejjaħ "halo" ta 'materja skura jdawwar il-Mixja tal-Ħalib u jirrappreżenta l-akbar konċentrazzjoni tal-materja skura tal-galaxie. Hemm ftit jew xejn materja normali fil-halo. Kieku s-sistema solari tkun tinsab f'distanza akbar miċ-ċentru tal-galaxie, kienet tħoss l-effetti ta 'proporzjon akbar ta' materja skura fil-forza galattika minħabba li tkun eqreb lejn il-halo tal-materja skura, qalu l-awturi.
Fil-konċepiment ta 'dan l-artist, il-vettura spazjali Voyager 1 tan-NASA għandha ħarsa b'għajnejha tas-sistema solari. Iċ-ċrieki jirrappreżentaw l-orbiti tal-pjaneti ewlenin ta 'barra: Ġove, Saturnu, Uranu u Nettunu. Imniedi fl-1977, Voyager 1 żar il-pjaneti Ġove u Saturnu. Il-vettura spazjali issa tinsab aktar minn 14-il biljun mil mid-Dinja, li jagħmilha l-aktar oġġett magħmul mill-bniedem li qatt inbena. Fil-fatt, il-Voyager 1 issa qed iżżumja fl-ispazju interstellari, ir-reġjun bejn l-istilel li huwa mimli bil-gass, trab, u materjal riċiklat minn stilel li qed imutu. Kreditu: NASA, ESA, u G. Bacon (STScI)
Kif il-materja skura tista' tinfluwenza l-vetturi spazjali
Green u Belbruno ibassru li l-gravità tal-materja skura tinteraġixxi kemmxejn mal-vettura spazjali kollha li n-NASA bagħtet fuq mogħdijiet li joħorġu mis-sistema solari, skont l-istudju l-ġdid.
"Jekk il-vetturi spazjali jimxu fil-materja skura għal żmien twil biżżejjed, it-trajettorji tagħhom jinbidlu, u dan huwa importanti li jittieħed in kunsiderazzjoni għall-ippjanar tal-missjoni għal ċerti missjonijiet futuri," qal Belbruno.
Tali vetturi spazjali jistgħu jinkludu s-sondi Pioneer 10 u 11 irtirati li tnedew fl-1972 u fl-1973, rispettivament; is-sondi Voyager 1 u 2 li ilhom jesploraw għal aktar minn 40 sena u daħlu fl-ispazju interstellari; u l-vettura spazjali New Horizons li tkun ittajret Pluto u Arrokoth fiċ-Ċinturin ta' Kuiper.
Imma huwa effett żgħir. Wara li vvjaġġa biljuni taʼ mili, il-mogħdija taʼ vettura spazjali bħal Pioneer 10 tiddevja biss b’madwar 5 piedi (1.6 metri) minħabba l-influwenza tal-materja skura. "Huma jħossu l-effett tal-materja skura, iżda hija tant żgħira, ma nistgħux inkejluha," qal Green.
Fejn tieħu l-forza galattika?
F'ċerta distanza mix-Xemx, il-forza galattika ssir aktar qawwija mill-ġibda tax-Xemx, li hija magħmula minn materja normali. Belbruno u Green ikkalkulaw li din it-tranżizzjoni sseħħ f'madwar 30,000 unità astronomika, jew 30,000 darba d-distanza mid-Dinja għax-Xemx. Dan huwa ferm lil hinn mid-distanza ta 'Pluto, iżda xorta ġewwa l-Oort Cloud, grupp ta' miljuni ta 'kometi li jdawwar is-sistema solari u jestendi għal 100,000 unità astronomika.
Dan ifisser li l-gravità tal-materja skura setgħet kellha rwol fit-trajettorja ta' oġġetti bħal 'Oumuamua, il-kometa f'forma ta' sigarru jew asteroid li ġew minn sistema oħra tal-istilla u għaddew mis-sistema solari ta' ġewwa fl-2017. Il-veloċità mgħaġġla mhux tas-soltu tagħha tista' tiġi spjegata. mill-gravità tal-materja skura timbotta fuqha għal miljuni ta 'snin, jgħidu l-awturi.
Jekk ikun hemm pjaneta ġgant fil-partijiet ta 'barra tas-sistema solari, oġġett ipotetiku imsejjaħ Pjaneta 9 jew Pjaneta X li x-xjentisti ilhom ifittxu f'dawn l-aħħar snin, il-materja skura tinfluwenza wkoll l-orbita tagħha. Jekk din il-pjaneta teżisti, il-materja skura forsi tista’ saħansitra timbottaha ‘l bogħod miż-żona fejn ix-xjenzati bħalissa qed ifittxuha, jiktbu Green u Belbruno. Il-materja skura setgħet ukoll ikkawżat xi wħud mill-kometi tas-Sħaba ta’ Oort biex jaħarbu għal kollox mill-orbita tax-Xemx.
Tista' titkejjel il-gravità tal-materja skura?
Biex tkejjel l-effetti tal-materja skura fis-sistema solari, vettura spazjali mhux bilfors ikollha tivvjaġġa daqshekk. F'distanza ta '100 unità astronomika, vettura spazjali bl-esperiment it-tajjeb tista' tgħin lill-astronomi jkejlu l-influwenza tal-materja skura direttament, qalu Green u Belbruno.
Speċifikament, inġenju spazjali mgħammar b'qawwa radjoisotopika, teknoloġija li ppermettiet lil Pioneer 10 u 11, il-Voyagers, u New Horizon li jtiru 'l bogħod ħafna mix-Xemx, jista' jkun kapaċi jagħmel dan il-kejl. Inġenju spazjali bħal dan jista 'jġorr ballun li jirrifletti u jwaqqa' f'distanza xierqa. Il-ballun kien iħossu biss forzi galattiċi, filwaqt li l-vettura spazjali tesperjenza forza termali mill-element radjuattiv li qed jitmermer fis-sistema tal-enerġija tiegħu, minbarra l-forzi galattiċi. Filwaqt li tnaqqas il-forza termali, ir-riċerkaturi jistgħu mbagħad iħarsu lejn kif il-forza galattika tirrelata ma 'devjazzjonijiet fit-trajettorji rispettivi tal-ballun u l-vettura spazjali. Dawk id-devjazzjonijiet jitkejlu b'lejżer hekk kif iż-żewġ oġġetti jtiru paralleli ma' xulxin.
Kunċett ta’ missjoni propost imsejjaħ Interstellar Probe, li għandu l-għan li jivvjaġġa għal madwar 500 unità astronomika mix-Xemx biex jesplora dak l-ambjent mhux magħruf, huwa possibbiltà waħda għal esperiment bħal dan.
Żewġ veduti minn Hubble tal-għaqda massiva tal-galaxie Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652) huma murija. Fuq ix-xellug hemm il-veduta fid-dawl viżibbli b'arki blu li jidhru strambi li jidhru fost il-galassji safrani. Dawn huma l-immaġini eżaltati u mgħawġa tal-galassji li jinsabu 'l bogħod mill-cluster. Id-dawl tagħhom huwa mgħawweġ u amplifikat mill-gravità immensa tal-cluster fi proċess imsejjaħ gravitational lensing. Fuq il-lemin, sfumatura blu ġiet miżjuda biex tindika l-post ta 'materjal inviżibbli msejjaħ materja skura li hija matematikament meħtieġa biex tagħti kont għan-natura u t-tqegħid tal-galassji b'lenti gravitazzjonali li jidhru. Kreditu: NASA, ESA, MJ Jee u H. Ford (Università Johns Hopkins)
Aktar dwar il-materja skura
Il-materja skura bħala massa moħbija fil-galassji ġiet proposta għall-ewwel darba fis-snin tletin minn Fritz Zwicky. Iżda l-idea baqgħet kontroversjali sas-sittinijiet u s-sebgħinijiet, meta Vera C. Rubin u l-kollegi kkonfermaw li l-movimenti tal-kwiekeb madwar iċ-ċentri galattiċi tagħhom ma jsegwux il-liġijiet tal-fiżika kieku kienet involuta biss materja normali. Sors moħbi ġiganteski ta’ massa biss jista’ jispjega għaliex stilel fil-periferija ta’ galassji spirali bħal tagħna jimxu malajr daqs kemm jagħmlu.
Illum, in-natura tal-materja skura hija waħda mill-akbar misteri fl-astrofiżika kollha. Osservatorji qawwija bħall- Teleskopju Spazjali Hubble u l-Osservatorju tar-Raġġi X Chandra għenu lix-xjenzati jibdew jifhmu l-influwenza u d-distribuzzjoni tal-materja skura fl-univers inġenerali. Hubble esplora ħafna galassji li l-materja skura tagħhom tikkontribwixxi għal effett imsejjaħ “lenti,” fejn il-gravità tgħawweġ l-ispazju innifsu u tkabbar immaġini ta’ galassji aktar imbiegħda.
L-astronomi se jitgħallmu aktar dwar il-materja skura fil-kożmo bl-aktar sett ta’ teleskopji l-aktar avvanzati. NASA's Teleskopju Spazjali James Webb, li nediet fil-25 ta 'Diċembru 2021, se tikkontribwixxi għall-fehim tagħna tal-materja skura billi nieħdu stampi u data oħra ta' galaxies u nosservaw l-effetti tal-lenti tagħhom. It-Teleskopju Spazjali Ruman Nancy Grace tan-NASA, li se jitnieda f’nofs is-snin 2020, se jwettaq stħarriġ ta’ aktar minn biljun galaxie biex iħares lejn l-influwenza tal-materja skura fuq il-forom u d-distribuzzjonijiet tagħhom.
Il-missjoni Euclid li jmiss tal-Aġenzija Spazjali Ewropea, li għandha kontribuzzjoni tan-NASA, se timmira wkoll lejn il-materja skura u l-enerġija skura, filwaqt li tħares lura fiż-żmien madwar 10 biljun sena għal perjodu meta l-enerġija skura bdiet tħaffef l-espansjoni tal-univers. U l-Osservatorju Vera C. Rubin, kollaborazzjoni tal-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza, id-Dipartiment tal-Enerġija, u oħrajn, li qed jinbnew fiċ-Ċili, se jżidu data siewja għal dan il-puzzle tal-essenza vera tal-materja skura.
Iżda dawn l-għodda qawwija huma mfassla biex ifittxu l-effetti qawwija tal-materja skura fuq distanzi kbar, u ħafna aktar 'il bogħod milli fis-sistema solari tagħna, fejn l-influwenza tal-materja skura hija ħafna aktar dgħajfa.
"Jekk tista 'tibgħat vettura spazjali hemmhekk biex tiskopriha, dik tkun skoperta kbira," qal Belbruno.
Referenza: “Meta titlaq mis-sistema Solari: Il-materja skura tagħmel differenza” minn Edward Belbruno u James Green, 4 ta’ Jannar 2022, Avviżi ta ’Kull Xahar tas-Soċjetà Rjali Astronomika.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3781
