问伊桑:如果到处都有暗物质,为什么我们没有在太阳系中找到它?



模拟预测的具有不同密度的块状暗物质和巨大的弥散结构的光环。 对于比例,显示了银河系的明亮部分。 由于暗物质无处不在,它也必须存在于我们的太阳系中。 那为什么我们还没有见过她呢?

根据大量的证据,大部分宇宙都是由某种神秘的质量组成的,我们从未直接对其进行测量。 质子,中子和电子-通常所有物质都由标准模型中包含的粒子组成-我们在整个宇宙中发现的行星,恒星和星系仅占其总质量的15%。 其余部分完全不同:冷暗物质 。 但是,如果到处都有大量的暗物质,为什么我们没有在太阳系中看到过呢? 这是我们读者提出的问题:
暗物质和暗能量存在的所有证据均指遥远的宇宙。 令人怀疑的是,我们在太阳系中没有看到它们存在的任何证据。 没有人报告过行星轨道上的任何异常情况。 但是,它们的测量非常准确。 如果宇宙是95%的黑暗,则可以局部测量此类影响。
是这样吗 这是17年前我首次发现暗物质(TM)时想到的第一个想法。 让我们弄清楚并找出真相。



暗物质的宇宙网及其形成的大规模结构。 存在正常物质,但仅占物质总量的1/6。 剩下的5/6是暗物质,没有任何普通物质可以处理。

TM的主要思想是,在一个非常年轻的宇宙中的某个时刻,在星系,恒星甚至中性原子出现之前,TM的海洋几乎是完美而光滑的,分布在整个空间中。 随着时间的流逝,重力和其他力经历了几个相互联系的阶段:

  • 正常和黑暗的所有物质都被引力吸引,
  • 密度高于平均水平的区域会吸引两种类型的物质,
  • 辐射与正常物质碰撞并压在其上,
  • 但是使用TM不会发生这种情况,至少不会以完全相同的方式发生。

这样就可以非常清晰地描绘出宇宙中高密度和低密度的区域。 当我们查看遗物辐射 (RI)时出现的图案。



RI的波动是如此之小,如此具有特征性,以至于令人信服地表明,宇宙从一开始就在每个地方都具有相同的温度,并且还包含一定比例的暗物质,普通物质和暗能量。

RI是大爆炸的残余辉光:辐射落入我们的眼睛,从稳定的中性原子首次在宇宙中形成的那一刻起就行进了。 今天,当辐射压力变得微不足道时,我们观察到了从电离等离子体到电中性原子组过渡期间宇宙的照片。 寒冷地区对应于密度增加的区域,因为辐射必须花费额外的能量(高于平均水平)才能摆脱这些重力井; 热点-分别是密度降低的区域。



宇宙只有380,000年时存在的高,中和低密度区域现在对应于RI的冷,中和热部分

我们可以观察到的各种尺度的冷热区域的绘图以及它们之间的相关性,向我们介绍了宇宙的组成:68%的暗能量,27%的TM,5%的正常物质。 随着时间的流逝,这些密度增加的区域逐渐成长为恒星,恒星团,星系和银河星团,而密度降低的区域则将它们的周围物质变成密度增加的区域。 尽管我们只能看到正常物质,但由于它发射并与光和其他类型的辐射相互作用,因此HM是主导宇宙结构重力增长的主导力。



对宇宙的仔细研究表明,它是由物质而不是反物质组成的,TM和暗能量是必需的,而且我们不知道所有这些奥秘的来源。 但是,RI波动,大型结构之间的形成和相关性以及现代引力透镜观测都指向同一张图片。

由于正常物质与其自身相互作用,因此正常物质和暗物质的引力坍塌以不同的方式发生。 在重力作用下聚集的一块正常物质开始收缩。 压缩首先经过最短的维度,但是正常物质会与其他正常物质粒子发生相互作用并发生碰撞-就像您的手一样,尽管它们由几乎是空空间的原子组成,但是当您尝试握住一只手臂时它们会拍手通过另一个。 这种相互作用导致了一个旋转的物质盘的出现-物质从盘(螺旋)星系流到太阳系,从那里流过,行星在同一平面内沿轨道运动。 另一方面,暗物质不会与自身或正常物质发生碰撞,这就是为什么它保持大而稀疏的光环形式的原因。 尽管暗物质比平常多,但例如在我们的银河系中,暗物质的密度在有恒星的地方要少得多。



在地球绕太阳公转期间,我们通过TM在银河系中的运动发生了变化,因此其晕圈应表现出各种相互作用特性

现在我们来讨论主要问题。 TM对太阳系有何影响? 您可能想像的大多数将以一种或另一种方式实现:TM粒子必须在太空中的任何地方飞行,包括银河系的整个空间。 这意味着TM必须在太阳系中,在太阳中必须穿过我们的星球和我们的身体。 最大的问题是:与太阳,行星,太阳系的其他物体相比,我们感兴趣的TM的质量是多少?



在太阳系中,首先近似地,行星的轨道由太阳确定。 在第二种近似中,所有其他质量(行星,卫星,小行星等)起着重要作用。 但是要在此处添加TM,则需要大大提高精度。

要回答这个问题,我们首先需要了解是什么决定了我们太阳系内部物体的轨道。 在很大程度上,太阳将成为太阳系中的主要物质。 通过非常精确的近似,它可以确定行星的轨道。 但是对于金星来说,水星将在内部,而在第一近似中,金星的​​轨道由太阳和水星的总质量决定。 木星的轨道由太阳和所有内部行星以及小行星带的质量之和决定。 对于整个物体,其轨道由包围在以太阳为中心的假想球体内的总质量和该物体在球体边缘的总质量决定。



在相对论通论中,在TM(或任何质量)在空间中均匀分布的情况下,只有包围在其轨道内部的质量才会影响物体的运动; 轨道外的均匀质量不会影响任何东西[伯克霍夫定理/ perev。]

如果您和我所在的所有空间(整个太阳系)都充满了HM的海洋,那么外层行星的相互作用质量应比内层行星的质量稍大。 而且,如果有很多TM,那么必须有一种检测它的方法。 因为我们知道银河系的质量,正常物质与暗物质的相对密度,并且我们有模拟显示TM密度应如何表现的模拟,所以我们可以给出很好的估计。 在进行了这样的计算之后,事实证明大约10 13 kg的HM应该会影响地球的轨道,而10 17 kg的HM应该会影响像海王星这样的行星的轨道。

但是与所有其他人群相比,这些数字很小! 太阳的质量为2×10 30千克,地球的质量为6×10 24 。 我们在10 13-10 17 kg区间内提到的质量与中等小行星的质量相当。 也许有一天,我们将能够如此精确地了解太阳系,从而我们可以检测出如此微小的差异,但到目前为止,我们已经将这一误差超出了100,000倍



我们的银河位于TM巨大而分散的光晕内部,因此TM必须在太阳系内部流动。 但是它的密度极低,因此很难对其进行局部检测。

换句话说,TM必须位于太阳系中,并且不影响内部行星的运动,而是影响内部行星的运动,这是因为位于以太阳为中心的球体中的质量数量以及与行星之间距离的半径。 您可能对以下问题感兴趣,即许多物体(即TM,行星和太阳)的相互作用是否会导致捕获更多数量的TM。 这是一个有趣的问题,大约十年前,我写了一篇有关该主题著作 。 我和我的同事发现,TM的密度可以大大增加,但前提是您不考虑捕获的质量,它很可能会被扔回去。 但是即使进行了这样的增加,TM的最大质量在45亿年后(图中的洋红色)仍然远远低于所有观察到的限制。



太阳系半径不同的行星(蓝色)行星轨道内的银河系HM数,以及在不考虑其排放的前提下,应该在整个太阳系寿命中捕获的HM总数,以及从2013年工作得出的最佳限值,根据TM的最大数量,原则上可以与我们联系。 我们尚未有机会检查其可用性。

在我们的太阳系中,确实存在TM,它应该对周围的所有其他物质粒子产生实际影响。 如果正常物质和暗物质之间存在相互作用,那么在直接检测实验中,应该可以在地球上直接检测到。 如果不是这样,那么TM穿过太阳系的引力效应,无论是捕获还是自由引力,都应该影响行星的轨道。 但是,除非我们的测量结果足够准确,否则这种引力效应不足以直接检测。 到目前为止,为了观察TM对时空的影响,我们必须在太阳系外观察宇宙。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN412979/


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