Die Theorie der Dunklen Materie wurde erst vor relativ kurzer Zeit theoretisiert, und wir haben einen langen Weg zurückgelegt, um zu verstehen, was kolossale 23% unseres Universums ausmacht. Unsere eigene Galaxie ist von einem Halo aus dunkler Materie umgeben, die ihre Masse erhöht. Ein kürzlich erschienenes Papier über die dunkle Materie in der Nähe von zu Hause – genau hier in unserem eigenen Sonnensystem – zeigt, dass esdichter und massiver als im galaktischen Halo.
Dunkle Materie ist einfach nur seltsames Zeug. Es gibt kein Licht ab, hat Masse und reagiert gravitativ mit „normaler“ Materie – dem Stoff, aus dem wir und unser Planet und die Sterne bestehen. Genau wie normale Materie „klumpt“ oder akkretiert sie aufgrund dieser Anziehungskraft; Wir finden mehr Dunkle Materie in der Nähe von Galaxien als in den Weiten zwischen ihnen.
Dunkle Materie ist jedoch nicht nur in der Milchstraße oder irgendwo auf der anderen Seite des Universums weit entfernt: Sie ist hier in unserem Sonnensystem zu Hause. In einem kürzlich eingereichten Papier anPhysische Überprüfung D, Ethan Siegel und Xiaoying Xu von der University of Arizona analysierten die Verteilung der Dunklen Materie in unserem Sonnensystem und fanden heraus, dass die Masse der Dunklen Materie 300-mal größer ist als die des galaktischen Halo-Durchschnitts und die Dichte 16.000-mal höher ist als die der dunklen Hintergrundmaterie.
Im Laufe der Geschichte des Sonnensystems berechnen Xu und Siegel, dass 1,07 x 10^20 kg dunkle Materie eingefangen wurden, oder etwa 0,0018 % der Masse der Erde. Um diese Zahl in den Griff zu bekommen, beträgt die Masse von Ceres – dem größten Objekt im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter – etwa das Neunfache.
Siegel und Xu haben berechnet, wie viel Dunkle Materie das Sonnensystem während seiner 4,5 Milliarden Jahre langen Lebensdauer mitgenommen hat, indem sie die Zusammensetzung des Hintergrund-Halos der Dunklen Materie in der Umlaufbahn des Sonnensystems um die Galaxie modellierten und berechneten, wie viel Dunkle Materie dies tun würde vom Sonnensystem gefangen werden, während es sich durch diesen Halo bewegt. Sie führten diese Berechnung für die Sonne und jeden der acht Planeten separat durch und gaben die Verteilung der Materie im gesamten Sonnensystem sowie die insgesamt eingefangene Menge an.
Ähnlich wie wenn Sie Ihr Auto durch einen leichten Schneefall fahren, „klebt“ dunkle Materie am Sonnensystem, wenn sie von der Sonne und den Planeten gravitativ gebunden wird. So wie ein Teil des Schnees auf Ihrer Windschutzscheibe (hoffentlich) schmilzt, etwas nicht an der Motorhaube kleben bleibt und die meisten einfach vorbeifliegen, ist auch dunkle Materie nicht gleichmäßig in unserem Sonnensystem verteilt. Manche Planeten sind von mehr Dunkler Materie umgeben als andere, je nachdem, wo sie sich befinden. Unten ist die Dichteverteilung der Dunklen Materie im Sonnensystem dargestellt
Der erste Spike ist Merkur und die nächsten beiden Spikes sind Venus und Erde (Mars taucht nicht auf). Der nächste ist Jupiter, gefolgt von einer kleinen Erhebung von Saturn und schließlich bilden Uranus und Neptun zusammen die letzte kleine Erhebung.
Wie beeinflusst die lokale Dunkle Materie die Wechselwirkungen im Sonnensystem? Nun, es hat weder einen großen Einfluss auf die Umlaufbahnen der Planeten, noch verlangsamt es das Sonnensystem in seiner Umlaufbahn um das galaktische Zentrum nennenswert.
„Auf Planetenbahnen, wenn genug Dunkle Materie vorhanden wäre, würde ihre Perihelie schneller präzedieren, als wenn es keine Dunkle Materie gäbe. Die aus diesen Beobachtungen zugelassene Menge an Dunkler Materie ist erheblich größer als die von mir vorhergesagte Menge. Die Fehler bei den Messungen der Perihelpräzession liegen in Einheiten von Hundertstel einer Bogensekunde pro Jahrhundert… Selbst wenn Sie annehmen, dass die Dunkle Materie in Bezug auf die Galaxie, durch die sich das Sonnensystem bewegt, ruht (was das extreme Beispiel ist), die Sonne hat eine Größenordnung von 10^30 kg; Das Einfangen eines 10^20 kg schweren Klumpens dunkler Materie wird Sie während der Lebensdauer des Sonnensystems um etwa 20 Mikrometer/Sekunde verlangsamen. Das wäre also klein.“ – Ethan Siegel in einem E-Mail-Interview.
Und leider das Geheimnis der Pionieranomalie wird durch diese Enthüllung nicht gelöst, da die Masse der eingefangenen dunklen Materie nicht ausreicht, um die seltsamen Bewegungen dieses Raumfahrzeugs zu erklären.
Die Entdeckung einer höheren Dichte und Masse dunkler Materie in unserer Nachbarschaft könnte jedoch bei der Untersuchung und Entdeckung dunkler Materie helfen. Die Kenntnis der Massen- und Dichteverteilung der lokalen Dunklen Materie – und somit zu wissen, wie viel und wo sie zu suchen ist – wird Astronomen, die genau herausfinden wollen, woraus sie besteht, mit mehr Informationen versorgen.
„Unsere Bestimmung der lokalen Dichte und Geschwindigkeitsverteilung der Dunklen Materie ist von großer Bedeutung für Direktdetektionsexperimente. Die neuesten Berechnungen gehen davon aus, dass die Eigenschaften der Dunklen Materie am Sonnenstand direkt aus dem galaktischen Halo abgeleitet werden. Im Vergleich dazu stellen wir fest, dass terrestrische Experimente auch eine Komponente der Dunklen Materie mit einer 16.000-fach höheren Dichte als die Hintergrund-Halo-Dichte berücksichtigen sollten“, schreiben Xu und Siegel.
Quelle: Archiv , E-Mail-Interview mit Ethan Siegel
