The Incredible Dark Matter Mystery: Hvorfor astronomer siger, at det mangler i aktion

Astronomer har et problem. Hver gang de studerer universets struktur i stor skala, bliver det hurtigt klart, at mængden af ​​synligt stof umuligt kan generere nok tyngdekraft til at holde sammen på de strukturer, de kan se. Ting som galaksehobe og endda galakser burde selv flyve fra hinanden i betragtning af mængden af ​​almindeligt stof, de indeholder.

Noget andet må holde disse ting sammen. Så astronomer har opfundet ideen om mørkt stof - mystiske, usynlige og ikke-interagerende ting, der fylder universet og genererer den tyngdekraft, der er nødvendig for at holde alt sammen.

Dette er ikke et lille problem, der kræver en lille smule ekstra masse. Problemet er enormt. Ifølge det seneste billede af universets storskalastruktur fra Planck-rummissionen udgør almindeligt synligt stof kun 5 procent af universets samlede masse/energi, mens mørkt stof udgør 27 procent (resten er den endnu mere mystiske mørke energi).

For at få tallene til at fungere fortæller astrofysikere os, at vores galakse burde være mindst 80 procent mørkt stof.

Det betyder, at vores solsystem burde svømme i tingene. Faktisk har fysikere beregnet, at partikler af mørkt stof burde slå ind i hvert menneske på planeten med en hastighed på 100.000 gange om året, som vi så sidste år.

Men det rejser et vigtigt spørgsmål. Hvis vi pløjer gennem et tykt hav af mørkt stof, som astrofysikere foreslår, hvorfor ser vi så ikke beviser for det?

De fleste mørkstofdetektorer virker ved at lede efter beviser for de kollisioner, som mørkt stof må lave med almindeligt stof. Nogle få af disse eksperimenter siger, at de har fundet foreløbige beviser for disse kollisioner.

Men der er en anden måde at lede efter mørkt stof på – ved dets gravitationseffekter på selve solsystemet. Hvis Solen er omgivet af en tyk suppe af mørkt stof, burde vi være i stand til at se dens gravitationspåvirkning på planeternes, månernes og asteroidernes kredsløb.

I dag har Nikolay Pitjev ved St. Petersburg State University og Elena Pitjeva ved Institute of Applied Astronomy i Skt. Petersborg, begge i Rusland, brugt det mest detaljerede sæt af målinger af planetariske baner, der nogensinde er lavet til at studere dette spørgsmål. Deres konklusion er, at mørkt stofs gravitationseffekt på solsystemet er ubetydelig.

Pitjev og Pitjeva har udarbejdet et imponerende datasæt bestående af omkring 677.000 målinger af planetariske positioner taget siden 1910. Disse omfatter optiske målinger fra observatorier på Jorden, der spænder målinger fra forskellige rumfartøjer såsom Cassini ved Saturn og Mars og Venus Express missioner plus forskellige russiske målinger radarmålinger af planetariske positioner taget mellem 1961 og 1995.

Disse data er blevet mere og mere nøjagtige i de senere år. For eksempel angiver dataene fra Cassini dens afstand ved Saturn til inden for en meter eller deromkring.

Astrofysikere har brugt disse målinger til at modellere solsystemets opførsel under hensyntagen til forstyrrelser forårsaget af de store planeter, Månen, de 301 største asteroider, de andre asteroider modelleret som en ensartet ring, de 21 største trans-neptunske objekter og snart.

Efter at have taget alt dette i betragtning, ledte Pitjev og Pitjeva efter unormale gravitationseffekter, der kunne være resultatet af mørkt stof. Hvis mørkt stof er til stede i solsystemet, så burde det føre til en vis yderligere gravitationspåvirkning på alle legemer, siger de.

Den gådefulde nyhed er, at Pitjev og Pitjeva ikke finder noget bevis for dette i deres analyse. Hvis den er der, skal dens effekt være mindre end fejlene i dataene.

For at opfylde denne grænse beregner de faktisk, at mængden af ​​mørkt stof i Saturns kredsløb skal være lille. Massen af ​​mørkt stof i kuglen inden for Saturns bane burde være mindre end 1,7 10^−10M⊙, siger de. Det er omtrent massen af ​​en stor asteroide.

Så astronomer står tilbage og klør sig i hovedet. På den ene side siger de, at mørkt stof skal holde vores galakse sammen med et skruestik-lignende gravitationsgreb. På den anden side er dens gravitationseffekt på solsystemet ubetydelig. Noget må give.

Dette problem med de modstridende virkninger af mørkt stof på forskellige skalaer er hurtigt ved at blive det mest fascinerende og presserende problem inden for fysik og astronomi,

Forskere bruger i øjeblikket store penge på at designe, bygge og køre gigantiske eksperimenter på udkig efter mørkt stof i vores nærhed. Og alligevel tyder de beviser, der allerede er indsamlet fra andre kilder, såsom denne analyse af Pitjev og Pitjeva, på, at denne investering kan give et meget dårligt afkast.

Det forhindrer dem ikke i at kigge, og det skal det heller ikke. Men problemet med mørkt stof vil sandsynligvis generere betydelig kontrovers i de kommende måneder og år.

Ref: arxiv.org/abs/1306.5534 : Begrænsninger for mørkt stof i solsystemet

skjule