Utoaji wa msanii huyu unaonyesha mwonekano wa Milky Way Galaxy yetu wenyewe na upau wake wa kati jinsi unavyoweza kuonekana ukitazamwa kutoka juu. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Kuumiza (SSC)
Jinsi Giza Linavyoweza Kupimwa katika Mfumo wa Jua
Picha za Njia ya Milky onyesha mabilioni ya nyota zilizopangwa katika muundo wa ond zinazotoka katikati, na gesi inayomulika katikati. Lakini macho yetu yanaweza tu kutazama uso wa kile kinachoshikilia galaksi yetu pamoja. Karibu asilimia 95 ya wingi wa galaksi yetu haionekani na haiingiliani na mwanga. Imefanywa kwa dutu ya ajabu inayoitwa jambo la giza, ambalo halijawahi kupimwa moja kwa moja.
Sasa, utafiti mpya unakokotoa jinsi nguvu ya uvutano ya vitu vya giza inavyoathiri vitu katika mfumo wetu wa jua, ikiwa ni pamoja na vyombo vya anga na comet za mbali. Pia inapendekeza njia ambayo ushawishi wa jambo giza unaweza kuzingatiwa moja kwa moja na jaribio la siku zijazo. Nakala hiyo imechapishwa katika Jamii ya Anga ya Kifalme.
"Tunatabiri kwamba ikiwa utatoka mbali vya kutosha katika mfumo wa jua, una nafasi ya kuanza kupima nguvu ya giza," alisema Jim Green, mwandishi mwenza na mshauri wa utafiti. NASAOfisi ya Mwanasayansi Mkuu. "Hili ni wazo la kwanza la jinsi ya kuifanya na wapi tungeifanya."
Jambo la giza kwenye uwanja wetu wa nyuma
Hapa duniani, nguvu ya uvutano ya sayari yetu hutuzuia kuruka nje ya viti vyetu, na mvuto wa Jua huiweka sayari yetu kuzunguka kwa ratiba ya siku 365. Lakini kadiri chombo cha anga cha juu kinavyoruka, ndivyo kinavyopungua kuhisi mvuto wa Jua, na ndivyo kinavyohisi chanzo tofauti cha uvutano: kile cha mambo kutoka kwa galaksi nyingine, ambayo zaidi ni mada ya giza. Uzito wa nyota bilioni 100 za gala yetu ni ndogo ikilinganishwa na makadirio ya maudhui meusi ya Milky Way.
Ili kuelewa ushawishi wa jambo la giza katika mfumo wa jua, mwandishi mkuu wa utafiti Edward Belbruno alihesabu "nguvu ya galaksi," nguvu ya jumla ya mvuto ya jambo la kawaida pamoja na jambo la giza kutoka kwenye galaksi nzima. Aligundua kwamba katika mfumo wa jua, karibu asilimia 45 ya nguvu hii ni kutoka kwa mada nyeusi na asilimia 55 ni ya kawaida, inayoitwa "baryonic matter." Hii inapendekeza mgawanyiko wa takriban nusu na nusu kati ya wingi wa maada nyeusi na maada ya kawaida katika mfumo wa jua.
"Nilishangazwa kidogo na mchango mdogo wa nguvu ya galaksi kutokana na mambo meusi yaliyohisiwa katika mfumo wetu wa jua ikilinganishwa na nguvu kutokana na mambo ya kawaida," Belbruno, mwanahisabati na mwanaastrofizikia alisema. Chuo Kikuu cha Princeton na Chuo Kikuu cha Yeshiva. "Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba vitu vingi vya giza viko katika sehemu za nje za gala yetu, mbali na mfumo wetu wa jua."
Eneo kubwa linaloitwa "halo" la jambo la giza linazunguka Milky Way na kuwakilisha mkusanyiko mkubwa zaidi wa suala la giza la galaksi. Hakuna jambo la kawaida katika halo. Ikiwa mfumo wa jua ungepatikana kwa umbali mkubwa kutoka katikati ya galaksi, ungehisi athari za sehemu kubwa ya jambo la giza kwenye nguvu ya galactic kwa sababu ingekuwa karibu na halo ya jambo la giza, waandishi walisema.
Katika dhana ya msanii huyu, chombo cha NASA cha Voyager 1 kina mwonekano wa macho wa ndege wa mfumo wa jua. Miduara inawakilisha obiti za sayari kuu za nje: Jupita, Zohali, Uranus na Neptune. Ilizinduliwa mnamo 1977, Voyager 1 ilitembelea sayari za Jupiter na Zohali. Chombo hicho sasa kiko zaidi ya maili bilioni 14 kutoka duniani, na kukifanya kiwe chombo cha mbali zaidi kutengenezwa na binadamu kuwahi kutengenezwa. Kwa kweli, Voyager 1 sasa inasonga mbele katika anga ya kati ya nyota, eneo kati ya nyota ambalo limejaa gesi, vumbi, na nyenzo zilizosindikwa kutoka kwa nyota zinazokufa. Credit: NASA, ESA, na G. Bacon (STScI)
Jinsi vitu vya giza vinaweza kuathiri vyombo vya anga
Green na Belbruno wanatabiri kwamba nguvu za uvutano za giza huingiliana kidogo na vyombo vyote vya anga ambavyo NASA imetuma kwenye njia zinazotoka kwenye mfumo wa jua, kulingana na utafiti huo mpya.
"Iwapo vyombo vya angani vinapita kwenye jambo lenye giza kwa muda wa kutosha, njia zao hubadilishwa, na hii ni muhimu kuzingatia kwa ajili ya kupanga misheni kwa ajili ya misheni fulani ya siku zijazo," Belbruno alisema.
Vyombo hivyo vya anga vinaweza kujumuisha uchunguzi uliostaafu wa Pioneer 10 na 11 ambao ulizinduliwa katika 1972 na 1973, mtawalia; probes za Voyager 1 na 2 ambazo zimekuwa zikichunguza kwa zaidi ya miaka 40 na zimeingia kwenye nafasi ya nyota; na chombo cha anga za juu cha New Horizons ambacho kimepita Pluto na Arrokothi katika Ukanda wa Kuiper.
Lakini ni athari ndogo. Baada ya kusafiri mabilioni ya maili, njia ya chombo cha anga za juu kama Pioneer 10 ingekengeuka tu kwa takriban futi 5 (mita 1.6) kutokana na ushawishi wa vitu vya giza. "Wanahisi athari za vitu vyenye giza, lakini ni ndogo sana, hatuwezi kuipima," Green alisema.
Nguvu ya galaksi inachukua wapi?
Kwa umbali fulani kutoka kwa Jua, nguvu ya galaksi inakuwa na nguvu zaidi kuliko mvuto wa Jua, ambayo hufanywa kwa suala la kawaida. Belbruno na Green walikokotoa kuwa mpito huu hutokea karibu na vitengo 30,000 vya unajimu, au mara 30,000 ya umbali kutoka Dunia hadi Jua. Hiyo ni zaidi ya umbali wa Pluto, lakini bado ndani ya Wingu la Oort, kundi la mamilioni ya nyota za nyota zinazozunguka mfumo wa jua na kuenea hadi vitengo 100,000 vya astronomia.
Hii ina maana kwamba nguvu ya uvutano ya giza inaweza kuwa na jukumu katika mfuatano wa vitu kama vile 'Oumuamua, comet yenye umbo la sigara au asteroidi iliyotoka kwenye mfumo mwingine wa nyota na kupita katika mfumo wa jua wa ndani mwaka wa 2017. Kasi yake ya kasi isivyo kawaida inaweza kuelezwa. kwa mvuto wa jambo la giza kusukuma juu yake kwa mamilioni ya miaka, waandishi wanasema.
Ikiwa kuna sayari kubwa katika sehemu za nje za mfumo wa jua, kitu cha dhahania kinachoitwa Sayari ya 9 au Sayari X ambayo wanasayansi wamekuwa wakitafuta katika miaka ya hivi karibuni, jambo la giza linaweza pia kuathiri mzunguko wake. Ikiwa sayari hii ipo, jambo la giza linaweza hata kulisukuma mbali na eneo ambalo wanasayansi wanaitafuta kwa sasa, Green na Belbruno wanaandika. Jambo jeusi linaweza pia kuwa limesababisha baadhi ya Nyota za Oort Cloud kuepuka kabisa mzunguko wa Jua.
Je, uzito wa jambo la giza unaweza kupimwa?
Ili kupima athari za mambo ya giza kwenye mfumo wa jua, si lazima chombo cha angani kisafiri umbali huo. Katika umbali wa vitengo 100 vya astronomia, chombo cha anga chenye majaribio sahihi kinaweza kuwasaidia wanaastronomia kupima ushawishi wa mambo ya giza moja kwa moja, Green na Belbruno walisema.
Hasa, chombo cha anga kilicho na nguvu za radioisotopu, teknolojia ambayo imeruhusu Pioneer 10 na 11, Voyagers, na New Horizon kuruka mbali sana na Jua, kinaweza kufanya kipimo hiki. Chombo kama hicho kinaweza kubeba mpira wa kuakisi na kuuacha kwa umbali unaofaa. Mpira ungehisi nguvu za galaksi pekee, wakati chombo hicho kingepata nguvu ya joto kutoka kwa kipengele cha mionzi kinachooza katika mfumo wake wa nguvu, pamoja na nguvu za galactic. Kutoa nje nguvu ya joto, watafiti wanaweza kuangalia jinsi nguvu ya galactic inahusiana na kupotoka katika trajectories husika ya mpira na chombo. Mikengeuko hiyo ingepimwa kwa leza huku vitu hivyo viwili vikiruka sambamba.
Dhana inayopendekezwa ya misheni inayoitwa Interstellar Probe, ambayo inalenga kusafiri hadi vitengo 500 vya unajimu kutoka Jua ili kuchunguza mazingira hayo ambayo hayajatambulika, ni uwezekano mmoja wa jaribio kama hilo.
Mitazamo miwili kutoka kwa Hubble ya nguzo kubwa ya galaji Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652) imeonyeshwa. Upande wa kushoto ni mwonekano katika mwanga unaoonekana na safu za buluu zenye sura isiyo ya kawaida zinazoonekana kati ya galaksi za rangi ya manjano. Hizi ni picha zilizokuzwa na potofu za galaksi zilizo nyuma ya nguzo. Nuru yao inapinda na kuimarishwa na mvuto mkubwa wa nguzo katika mchakato unaoitwa lenzi ya uvutano. Upande wa kulia, utiaji wa rangi ya samawati umeongezwa ili kuonyesha mahali palipo na nyenzo zisizoonekana zinazoitwa mada nyeusi ambayo kihisabati inahitajika ili kuhesabu asili na uwekaji wa galaksi zenye lenzi za uvutano zinazoonekana. Credit: NASA, ESA, MJ Jee na H. Ford (Chuo Kikuu cha Johns Hopkins)
Zaidi kuhusu jambo la giza
Nyeusi kama misa iliyofichwa katika galaksi ilipendekezwa kwa mara ya kwanza katika miaka ya 1930 na Fritz Zwicky. Lakini wazo hilo liliendelea kuwa na utata hadi miaka ya 1960 na 1970, wakati Vera C. Rubin na wenzake walithibitisha kwamba mwendo wa nyota karibu na vituo vyao vya galaksi hautafuata sheria za fizikia ikiwa tu mambo ya kawaida yangehusika. Ni chanzo kikubwa sana kilichofichika tu cha wingi kinachoweza kueleza kwa nini nyota zilizo pembezoni mwa galaksi za ond kama zetu husonga haraka jinsi zinavyofanya.
Leo, asili ya mambo ya giza ni moja ya siri kubwa katika astrofizikia yote. Waangalizi wenye nguvu kama vile Darubini ya Nafasi ya Hubble na Chandra X-Ray Observatory imesaidia wanasayansi kuanza kuelewa ushawishi na usambazaji wa mambo ya giza katika ulimwengu kwa ujumla. Hubble amechunguza galaksi nyingi ambazo mambo yake meusi huchangia athari iitwayo “lenzi,” ambapo nguvu za uvutano hupindisha nafasi yenyewe na kukuza picha za galaksi za mbali zaidi.
Wanaastronomia watajifunza zaidi kuhusu mada nyeusi kwenye anga kwa kutumia seti mpya zaidi ya darubini za kisasa. NASA Kitabu cha Jedwali cha James Webb Space, ambayo ilizinduliwa tarehe 25 Desemba 2021, itatusaidia kuelewa mambo meusi kwa kupiga picha na data nyingine ya galaksi na kuangalia athari zake za lenzi. Darubini ya Anga ya NASA Nancy Grace Roman, iliyowekwa kuzinduliwa katikati ya miaka ya 2020, itafanya uchunguzi wa zaidi ya galaksi bilioni ili kuangalia ushawishi wa mambo meusi kwenye maumbo na usambazaji wao.
Ujumbe ujao wa Shirika la Anga la Ulaya Euclid, ambao una mchango wa NASA, pia utalenga vitu vya giza na nishati ya giza, ukiangalia nyuma katika wakati kuhusu miaka bilioni 10 kwa kipindi ambacho nishati ya giza ilianza kuharakisha upanuzi wa ulimwengu. Na Kituo cha Uangalizi cha Vera C. Rubin, ushirikiano wa Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi, Idara ya Nishati, na zingine, ambacho kinajengwa nchini Chile, kitaongeza data muhimu kwenye fumbo hili la kiini cha kweli cha mambo meusi.
Lakini zana hizi zenye nguvu zimeundwa kutafuta athari kali za maada nyeusi katika umbali mkubwa, na mbali zaidi kuliko katika mfumo wetu wa jua, ambapo ushawishi wa mada nyeusi ni dhaifu zaidi.
"Ikiwa ungeweza kutuma chombo huko nje ili kukigundua, huo ungekuwa ugunduzi mkubwa," Belbruno alisema.
Rejea: "Wakati wa kuacha mfumo wa Jua: Jambo la giza hufanya tofauti" na Edward Belbruno na James Green, 4 Januari 2022, Jamii ya Anga ya Kifalme.
DOI: 10.1093 / mnras / stab3781
