211service.com
Neticamā tumšās matērijas noslēpums: kāpēc astronomi saka, ka tā trūkst darbībā
Astronomiem ir problēma. Ikreiz, kad viņi pēta Visuma liela mēroga struktūru, drīz kļūst skaidrs, ka redzamās matērijas daudzums nevar radīt pietiekami daudz gravitācijas, lai saturētu kopā redzamās struktūras. Tādām lietām kā galaktiku kopām un pat pašām galaktikām vajadzētu sadalīties, ņemot vērā tajās esošās parastās vielas daudzumu.
Kaut kas cits noteikti satur šīs lietas kopā. Tātad astronomi ir izsapņojuši ideju par tumšo matēriju — noslēpumainu, neredzamu un savstarpēji nesaistītu lietu, kas piepilda Visumu, radot gravitāciju, kas nepieciešama, lai viss būtu kopā.
Tā nav maza problēma, kas prasa nelielu papildu masas daudzumu. Problēma ir milzīga. Saskaņā ar jaunāko attēlu par Visuma liela mēroga uzbūvi no Planka kosmosa misijas, parastā redzamā matērija veido tikai 5 procentus no kopējās Visuma masas/enerģijas, turpretim tumšā matērija veido 27 procentus (pārējais ir vēl noslēpumainākā tumšā enerģija).
Lai skaitļi darbotos, astrofiziķi mums saka, ka mūsu galaktikai vajadzētu būt vismaz 80 procentiem no tumšās vielas.
Tas nozīmē, ka mūsu Saules sistēmai vajadzētu peldēt. Patiešām, fiziķi ir aprēķinājuši, ka tumšās matērijas daļiņām vajadzētu ietriekties katrā planētas cilvēkā ar ātrumu 100 000 reižu gadā, kā mēs redzējām pagājušajā gadā.
Bet tas rada svarīgu jautājumu. Ja mēs brienam cauri biezai tumšās vielas jūrai, kā iesaka astrofiziķi, kāpēc mēs neredzam tam pierādījumus?
Lielākā daļa tumšās vielas detektoru darbojas, meklējot pierādījumus par sadursmēm, kas tumšajai vielai jāizdara ar parasto vielu. Daži no šiem eksperimentiem saka, ka viņi ir atraduši provizoriskus pierādījumus par šīm sadursmēm.
Bet ir arī cits veids, kā meklēt tumšo vielu — pēc tās gravitācijas ietekmes uz pašu Saules sistēmu. Ja Sauli ieskauj bieza tumšās vielas zupa, mums vajadzētu redzēt tās gravitācijas ietekmi uz planētu, pavadoņu un asteroīdu orbītām.
Šodien Nikolajs Pitjevs Sanktpēterburgas Valsts universitātē un Jeļena Pitjeva no Sanktpēterburgas Lietišķās astronomijas institūta (abi Krievijā) ir izmantojuši visdetalizētāko planētu orbītu mērījumu kopumu, kāds jebkad veikts, lai pētītu šo jautājumu. Viņu secinājums ir tāds, ka tumšās vielas gravitācijas ietekme uz Saules sistēmu ir niecīga.
Pitjevs un Pitjeva ir apkopojuši iespaidīgu datu kopu, kas sastāv no aptuveni 677 000 planētu pozīciju mērījumiem, kas veikti kopš 1910. gada. Tajos ietilpst optiskie mērījumi no Zemes observatorijām, dažādi mērījumi no dažādiem kosmosa kuģiem, piemēram, Cassini pie Saturna un Marsa un Venus Express, kā arī dažādām Krievijas misijām. planētu pozīciju radara mērījumi, kas veikti no 1961. līdz 1995. gadam.
Šie dati pēdējos gados ir kļuvuši arvien precīzāki. Piemēram, Cassini dati parāda attālumu līdz Saturnam apmēram metra robežās.
Astrofiziķi ir izmantojuši šos mērījumus, lai modelētu Saules sistēmas uzvedību, ņemot vērā traucējumus, ko izraisa galvenās planētas, Mēness, 301 lielākais asteroīds, pārējie asteroīdi, kas modelēti kā vienots gredzens, 21 lielākais trans-Neptūna objekts un tā tālāk.
Ņemot to visu vērā, Pitjevs un Pitjeva meklēja anomālus gravitācijas efektus, kas varētu būt tumšās matērijas rezultāts. Viņi saka, ka, ja Saules sistēmā atrodas tumšā viela, tad tai vajadzētu radīt papildu gravitācijas ietekmi uz visiem ķermeņiem.
Mīkla ziņa ir tāda, ka Pitjevs un Pitjeva savā analīzē neatrod pierādījumus par šo lietu. Ja tas ir, tā ietekmei jābūt mazākai par kļūdām datos.
Patiešām, lai izpildītu šo ierobežojumu, viņi aprēķina, ka tumšās vielas daudzumam Saturna orbītā jābūt niecīgam. Viņi saka, ka tumšās vielas masai sfērā Saturna orbītā jābūt mazākai par 1,7 10^−10 M⊙. Tas ir apmēram liela asteroīda masa.
Tātad astronomi atliek kasīt galvu. No vienas puses, viņi saka, ka tumšajai matērijai ir jātur mūsu galaktika kopā ar gravitācijas satvērienu. No otras puses, tā gravitācijas ietekme uz Saules sistēmu ir niecīga. Kaut kas ir jādod.
Šī tumšās matērijas pretrunīgās ietekmes problēma dažādos mērogos ātri pārvēršas par aizraujošāko un steidzamāko problēmu fizikā un astronomijā,
Pētnieki pašlaik tērē lielus dolārus, lai izstrādātu, izveidotu un veiktu milzīgus eksperimentus, meklējot tumšo vielu mūsu tuvumā. Un tomēr pierādījumi, kas jau savākti no citiem avotiem, piemēram, šī Pitjeva un Pitjeva analīze, liecina, ka šis ieguldījums var dot ļoti sliktu atdevi.
Tas neļaus viņiem meklēt un arī tam nevajadzētu to darīt. Taču tuvākajos mēnešos un gados tumšās vielas problēma, visticamāk, radīs ievērojamas pretrunas.
Atsauce: arxiv.org/abs/1306.5534 : tumšās matērijas ierobežojumi Saules sistēmā