Quanta matéria escura passa pelo seu corpo a cada segundo

A formação da estrutura cósmica em grandes e pequenas escalas depende muito da interação da matéria escura e normal. Apesar das evidências indiretas da existência de matéria escura, gostaríamos muito de detectá-la diretamente - e isso só pode acontecer se houver uma interseção mútua diferente de zero entre a matéria normal e a matéria escura.

O equilíbrio da matéria no Universo, apesar de todos os seus planetas, estrelas, gás, poeira, galáxias e tudo o que encontramos nele, não converge. Nas maiores escalas cósmicas, vemos a mesma coisa: para os efeitos gravitacionais que observamos, não há matéria suficiente. A matéria se acumula, formando uma teia cósmica; aglomerados de galáxias crescem em tamanho enorme, e dentro deles as galáxias se movem em alta velocidade; galáxias individuais giram em alta velocidade, permanecendo grandes até o limite.

Mas tudo isso não poderia ter acontecido se não houvesse cinco vezes mais matéria do que tudo o que apenas prótons, nêutrons e elétrons podem responder. Nossa imagem do Universo precisa de matéria escura (TM) para consistência interna. E se for real, nossa Via Láctea também possui seu próprio halo de MT, e parte dessa MT passa pelo sistema solar, pela Terra e até pelo seu corpo. E aqui está como descobrir o quanto de MT existe dentro de você no momento.


Para explicar os fenômenos observados no Universo nas maiores escalas, da radiação relíquia à teia cósmica, aglomerados de galáxias e galáxias individuais, é necessária matéria escura

No jovem universo, tudo era mais quente, mais denso e mais uniforme do que hoje. Nos primeiros dias, havia áreas um pouco mais densas que continham um pouco mais que a média da matéria. A gravidade atrai mais matéria para essas áreas, e a radiação trabalha para empurrá-la para fora.

Se tivéssemos apenas matéria normal e suas partículas constituintes acopladas a essa radiação, as galáxias e os aglomerados galácticos hoje seriam completamente diferentes do que vemos. Mas se a MT estiver na proporção de 5 para 1 com a usual, podemos teoricamente reproduzir a rede cósmica correspondente a nossas observações e medidas.


Na maior escala, as simulações (vermelho) não correspondem à forma como as galáxias realmente se acumulam (azul e roxo), a menos que a matéria escura seja incluída nelas.

Uma das conseqüências da existência de HM é que qualquer grande estrutura que se forma no Universo, por exemplo, uma galáxia, será cercada por um grande halo rarefeito de HM. Mais perto do centro das galáxias, a matéria normal (baseada em átomos) será coletada, pois é capaz de colidir e interagir consigo mesma e com a radiação. Mas a MT simplesmente passa por todo o resto: por si mesma, matéria normal, fótons, etc.

As partículas da MT, interagindo apenas através da gravidade, não podem perder um grande momento inicial. Em toda a história do Universo, cada partícula da TM poderia passar pelo centro da galáxia não mais do que uma dúzia de vezes.


De acordo com modelos e simulações, todas as galáxias devem estar envoltas no halo da MT, cuja densidade é máxima no centro. Mesmo em intervalos suficientemente longos de bilhões de anos, cada partícula de TM na borda do halo mal completa uma revolução.

Na maior escala do Universo, a matéria escura domina. Mas onde estamos, a 25.000 anos-luz do centro da galáxia, a matéria comum prevalece localmente. Na Terra, no sistema solar, a situação é ainda mais diferente daquela que reina no espaço interestelar. A densidade do corpo humano é comparável à da água - 1000 kg / m ³ .

A densidade da matéria escura em que vivemos, mesmo nas simulações mais realistas, é muitas vezes menor: ^10-12 kg / m ³ . Se você coletar toda a MT existente em todas as pessoas da Terra em um determinado momento, ela não será digitada em nanogramas.


Os terremotos são conhecidos não apenas por rachaduras na terra, mas também por mudanças na rotação da Terra, que, além disso, diminui ligeiramente de diâmetro após a conclusão de uma revolução completa. Tudo isso não afeta a MT, como nada mais acontece na Terra, incluindo a presença ou ausência de pessoas.

Se você coletar todo o HM de todo o sistema solar até a órbita de Netuno, não receberá mais que 10 ¹⁷ kg: a massa de um pequeno asteróide. Além disso, como não colide com a matéria normal, não se move com o sistema solar. Ela:

• não gira em torno do sol,
• não se move com o sol e outras estrelas ao redor do centro galáctico,
• não permanece em um plano,
• Não gire com o disco da Via Láctea.

Em outras palavras, em relação à Terra, ela se move em alta velocidade sob a influência da gravidade!


O halo da MT em torno de nossa galáxia deve demonstrar propriedades de interação ligeiramente diferentes quando a Terra gira em torno do Sol, alterando nosso movimento através da MT em nossa galáxia.

Se você quiser saber o quanto a MT passa pelo seu corpo em um determinado período, basta multiplicar quatro valores. Isto é:

• densidade da matéria escura
• a área da pessoa pela qual a MT passa,
• Velocidade TM
• o período de tempo.

Tendo estimado a densidade da MT - e já a conhecemos, é de 10 a ²¹ kg / m ³ -, podemos obter uma resposta imediata.


Nossa galáxia é cercada por um enorme halo disperso de TM, portanto seu fluxo deve passar pelo nosso sistema solar. Mas sua densidade é muito pequena, o que dificulta a detecção.

A área de superfície de uma pessoa é de 1,7 m ² . Como a MT pode vir de um ângulo aleatório, podemos estimar a área interceptada pela MT em cerca de 0,6 m ² .

Nosso sistema solar se move em órbita ao redor do centro galáctico a uma velocidade de cerca de 200 km / s, mas em relação à MT, esse movimento deve ir mais rápido - mais perto de 350 km / s. Isso significa que a MT se move em relação à Terra a uma velocidade da ordem de 400 km / s.

E podemos realizar cálculos por qualquer período de tempo - a cada segundo, por um ano, pela vida de uma pessoa (cerca de 80 anos).


Movendo-se pelo corpo humano a uma velocidade da ordem de 400 km / s, cada partícula individual da MT faz uma revolução muito lenta em torno da galáxia, em cerca de um bilhão de anos. Se houver alguma interação entre a MT e a matéria normal, teremos a chance de detectá-la.

E se a qualquer momento houver 10 a ²² kg de MT dentro de você, uma quantidade muito maior dela constantemente passa por você.

• A cada segundo, cerca de 2,5 × 10 ^-16 kg de matéria escura passam pelo seu corpo.
• A cada ano - cerca de 10 ^-8 kg.
• Durante a vida, cerca de 1 miligrama de MT passará por uma pessoa.

Uma quantidade aparentemente pequena por um longo período de tempo é coletada em algo tangível.


Hall B no LNGS com uma instalação XENON com um detector localizado dentro de uma grande proteção de água. Se a MT se cruzar com a matéria normal, o experimento terá a chance de detectar diretamente a MT, e seu corpo terá a chance de reagir com ela.

O fato de os valores obtidos não serem tão grandes fala não apenas do conteúdo do nosso corpo, mas também se podemos sonhar em encontrar a MT. Se consiste em partículas de massa muito pequena ou muito grande, pelo menos sabemos que massa de MT passa não apenas através de uma pessoa, mas também através de qualquer detector de um determinado volume. Se assumirmos que conhecemos a massa de HM, podemos calcular o número de partículas que passam por qualquer coisa.

Por várias décadas, construímos detectores cada vez maiores e mais sensíveis, tentando sondar as prováveis ​​interações ilusórias entre HM e a matéria comum. Os detectores mais avançados de hoje usam átomos com um grande núcleo e uma grande massa, e procuram sinais de rebotes ou outras interações. E até agora, todos os esquemas de detecção direta para TM não renderam nada.


Limitações na interseção das propriedades da matéria escura e a recuperação do núcleo, incluindo a precisão prevista do projeto XENON1T. Todas as nossas tentativas de encontrar MT dependiam de um certo conjunto de suposições sobre a natureza da MT, mas as dimensões dessa interseção mútua são muito limitadas.

Com base em nossas melhores suposições, a TM está em todo lugar. Pode ser invisível aos olhos, mas podemos sentir sua atração gravitacional. Ele passa por toda a matéria do Universo, incluindo as pessoas, como se não houvesse nada lá. Até onde sabemos, não há colisões ou interações com ele, exceto a curvatura do espaço-tempo sob sua influência. Não amassa, não agrupa, não forma estruturas como átomos escuros ou moléculas.

E, no entanto, se houver o menor indício da possibilidade de uma colisão da MT com matéria ou radiação normal, podemos detectá-la. Se apenas uma partícula da MT colidir com um próton ou elétron em seu corpo, teremos uma chance. É difícil pedir mais quando se trata de um dos mistérios mais profundos do universo.