Η σκοτεινή ύλη είναι πυκνότερη στο Ηλιακό Σύστημα από ότι στην άλω του Γαλαξία

Πηγή: Universetoday, 26 Ιουνίου 2008

Για την σκοτεινή ύλη πρόσφατα σχετικά έχει γίνει λόγος αλλά έχουμε να διανύσει πολύ δρόμο ακόμη για να κατανοήσουμε από τι είναι φτιαγμένο το 23% του σύμπαντός μας. Ο δικός μας Γαλαξίας περιβάλλεται από ένα φωτοστέφανο κυρίως από σκοτεινή ύλη που αυξάνει έτσι τη μάζα του. Μια πρόσφατη δημοσίευση για τη σκοτεινή ύλη στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, αποκαλύπτει ότι είναι πυκνότερη και με περισσότερη μάζα απ ' ό,τι είναι στην άλω (ή φωτοστέφανος) του Γαλαξία μας.

Η σκοτεινή ύλη είναι πολύ περίεργη ουσία. Δεν εκπέμπει φως, έχει μάζα και αντιδρά βαρυτικά με την "κανονική" ύλη - την ύλη από την οποία φτιάχνεται ο πλανήτης μας και τα αστέρια. Ακριβώς όπως και η κανονική ύλη, κάνει συμπαγείς μάζες ή συσσωρεύεται, εξαιτίας αυτής της βαρυτικής έλξης. Γι αυτό κι έχουμε περισσότερη σκοτεινή ύλη κοντά σε γαλαξίες, παρά στις αχανείς αποστάσεις μεταξύ τους.

Η σκοτεινή ύλη δεν είναι μόνο στη μακρινή άκρη του Γαλαξία ή κάπου στην άλλη πλευρά του σύμπαντος, είναι κι εδώ στο σπίτι μας, το Ηλιακό Σύστημα. Σε μια πρόσφατη δημοσίευση στο Physical Review D από τους Ethan Siegel και Xiaoying Xu του Πανεπιστημίου της Αριζόνα αναλύθηκε η κατανομή της σκοτεινής ύλης στο Ηλιακό μας Σύστημα, και διαπιστώθηκε ότι η μάζα της σκοτεινής ύλης είναι 300 φορές μεγαλύτερη από τον μέσο όρο του Γαλαξιακού φωτοστέφανου. Και η πυκνότητα της είναι 16.000 φορές υψηλότερη από αυτή της σκοτεινής ύλης του υποβάθρου.

Κατά τη διάρκεια της ιστορίας του Ηλιακού Συστήματος, οι Xu και Siegel και υπολογίζουν ότι  έχουν συλληφθεί 1,07 Χ 10²⁰ κιλά σκοτεινής ύλης ή περίπου το 0.0018% της μάζας της Γης. Για να πάρετε μια ιδέα αυτού του αριθμού, η μάζα της Δήμητρας Ceres - το μεγαλύτερο αντικείμενο στην αστεροειδή ζώνη μεταξύ του Άρη και του Δία - είναι περίπου 9-πλάσια αυτής της ποσότητας.

Οι Siegel και Xu υπολόγισαν πόση σκοτεινή ύλη έχει σαρώσει το Ηλιακό Σύστημα κατά τα 4,5 δισ. έτη της ζωής του, μοντελοποιώντας τη σύνθεση της σκοτεινής ύλης υποβάθρου, που βρίσκεται δηλαδή στο φωτοστέφανο, όταν το Ηλιακό Σύστημα κινείται στο Γαλαξία μας. Υπολόγισαν λοιπόν την ποσότητα της σκοτεινής ύλης που θα εγκλωβίστηκε από το Ηλιακό μας Σύστημα, καθώς αυτό κινείται μέσα σε αυτό τον φωτοστέφανο. Οι επιστήμονες έκαναν ξεχωριστό υπολογισμό για τον Ήλιο και ξεχωριστό για κάθε έναν από τους οκτώ πλανήτες, δίνοντας την κατανομή της σκοτεινής ύλης σε ολόκληρο το Ηλιακό Σύστημα, καθώς και το συνολικό ποσό που αιχμαλωτίστηκε.

Όπως ακριβώς όταν οδηγείτε το αυτοκίνητό σας σε μια ελαφρά χιονόπτωση, έτσι και η σκοτεινή ύλη "κολλά" στο Ηλιακό Σύστημα, όταν δεσμεύεται βαρυτικά από τον Ήλιο και τους πλανήτες. Η δε σκοτεινή ύλη δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το Ηλιακό μας Σύστημα. Ορισμένοι πλανήτες έχουν περισσότερη σκοτεινή ύλη γύρω τους από κάποιους άλλους, ανάλογα με το πού βρίσκονται.

Πώς όμως η τοπική σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά στο Ηλιακό μας Σύστημα; Λοιπόν, φαίνεται να μην έχει μεγάλες συνέπειες για τις τροχιές των πλανητών, και δεν επιβραδύνει το Ηλιακό Σύστημα καθώς αυτό κινείται γύρω από τη Γαλαξιακή κέντρο με αισθητό τρόπο.

"Οι πλανητικές τροχιές, αν υπήρχε εδώ αρκετή σκοτεινή ύλη, θα είχαν έναν ταχύτερο κλονισμό του άξονα περιστροφής στο περιήλιο από ό,τι αν δεν υπήρχε καμιά σκοτεινή ύλη. Η ποσότητα της σκοτεινής ύλης όπως δείχνουν οι παρατηρήσεις αυτές είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την ποσότητα που προβλέπω. Τα λάθη στις μετρήσεις του κλονισμού του άξονα περιστροφής στο περιήλιον είναι ένα δεύτερο του τόξου ανά αιώνα. Ακόμα και αν υποθέσουμε ότι η σκοτεινή ύλη είναι σε ηρεμία σε σχέση με το Γαλαξία, που το Ηλιακό Σύστημα κινείται μέσα του (που είναι ένα ακραίο παράδειγμα), ο Ήλιος είναι της τάξης 10³⁰ κιλά. Αν συνελάμβανε 10²⁰ kg σκοτεινής ύλης θα επιβραδυνόταν περίπου κατά 20 μικρά του δευτερολέπτου κατά τη διάρκεια της ζωής του Ηλιακού Συστήματος. Λοιπόν αυτό το νούμερο είναι μικρό." λέει ο Ethan Siegel.

Αλλά, δυστυχώς, το μυστήριο της ανωμαλίας του Pioneer δεν πρόκειται να λυθεί με τη νέα αποκάλυψη, καθώς η μάζα της σκοτεινής ύλης που έχει συλληφθεί από το ηλιακό σύστημα δεν επαρκεί για να εξηγήσει τις ιδιόμορφες κινήσεις του διαστημικού οχήματος.

Όμως, η ανακάλυψη μιας σκοτεινής ύλης με μεγαλύτερη πυκνότητα και μάζα στην γειτονιά μας, μπορεί να βοηθήσει στη μελέτη και την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης. Γνωρίζοντας τη μάζα και την πυκνότητα της κατανομής της τοπικής σκοτεινής ύλης - και επομένως να γνωρίζουμε πόση είναι και πού πρέπει να ψάξουμε για αυτή - θα κάνει τους αστρονόμους να μάθουν καλύτερα από τι ακριβώς αποτελείται η σκοτεινή ύλη.

"Οι δικές μας μετρήσεις για την πυκνότητα της τοπικής σκοτεινής ύλης καθώς και την ταχύτητα κατανομής έχουν μεγάλη σημασία για την άμεση ανίχνευση της με τα πειράματα. Οι πιο πρόσφατοι υπολογισμοί που έχουν πραγματοποιηθεί υποθέτουν ότι οι ιδιότητες της σκοτεινής ύλης στην γειτονιά του Ήλιου προκύπτουν άμεσα από το Γαλαξιακό φωτοστέφανο," έγραψαν οι Xu και Siegel.

Home