Темная материя в Солнечной системе

Темная материя
- свойства
- галактическое распределение
- увеличение плотности в Солнечной системе
барионное сжатие
гравитационно-столкновительный механизм
гравитационный захват
фокусировка частиц в гравитационном поле
Гравитационные аномалии в Солнечной системе
- аномалия Пионеров
- «flyby» аномалия
- увеличение Астрономической Единицы
Заключение

Темная материя
кривые вращения
вириальные теоремы для кластеров галактик
гравитационное линзирование
образование крупномасштабной структуры (CMB)
физика элементарных частиц
Барионы ~ 5%
Темная материя ~ 25%
Темная энергия ~ 75%

Свойства темной материи
бесстолкновительная
самоаннигиляция (?) – проблема каспов
продукты аннигиляции,
нагрев планет (A.Abbas&S.Abbas,1996; Mack et.al.,2007)
модель Солнца
WIMP, нейтралино, аксионы, гравитино, монополи, PBH, ???

Детектирование темной материи
прямое
эффект зима-лето
DAMA/Libra – годовая модуляция
гравитационное

Галактическое распределение темной материи в окрестности Солнечной Системы
Барионы
Гравитационный потенциал темной материи

Окрестность Солнечной Системы

Барионное сжатие во время формирования Солнечной системы

Гравитационно – столкновительный захват
Солнце
V∞D.M. ~ 300 km/s
Vsunpar. ~ 600 km/s
VsunD.M. ~ 660 km/s
Связанные орбиты => потеря 10% скорости

Потери энергии при однократном пролете
Электрический:
Магнитный:

Гало:
Гравитационно – столкновительный захват
несколько радиусов Солнца
(1 а.е. = 200 радиусов Солнца)
Резонансная подстройка: (массы частиц, типы взаимодействий, сечения)

Гравитационный захват
Солнце
Юпитер
Орбитальная скорость Юпитера: 13 км/сек
Условие захвата:
Сечение захвата: σ = πR2*
=> R* = 2RO
!!! Обратное рассеяние существенно, нет накопительного эффекта

Гравитационно – столкновительный захват
+
гравитационный захват
(Damour&Krauss,1999)
Юпитер
Солнце
Касание Солнца, торможение
Последующая эволюция орбиты
U(r) ~ r2 + 1/r
Возмущения планетами

Гравитационная фокусировка частиц
n∞
n(r)
(изотропия)
(анизотропия)
если

V∞D.M. ~ 300 km/s
Vsunpar. ~ 600 km/s
Солнце:
Солнце:

1. малые скорости
>>1

2. сравнимые скорости

Гравитационная фокусировка частиц
поверхность Солнца:
внутри Солнца:
=>

3. большие скорости - каустика
n∞
n(r)
ρ
z
Солнце:

~600
Солнце
Земля
Каустика в линии Гелия HeI (λ = 584Ǻ) Температура и скорость межзвездной среды была измерена (Курт В.Г. и др.)
Sikivie et.al.,2002

Нет фокусировки планетами
На орбитах
Гало вокруг планет
Vorbital_Earth = 30 km/s
Vorbital_Jupiter = 13 km/s
Vpar_Earth = 11.2 km/s
Vpar_Jupiter = 61 km/s

Anderson et al, Phys.Rev.D, 2002

1. направление
(Земля, Солнце, ось вращения, направление движения)
2.
возможные объяснения:
внутренние причины; космология; MOND; гравитирующие объекты; пыль; темная материя; ???

Два плутониевых генератора
Остывание
(Turyshev et all, 2008; Bertolami et all, 2008)

Flyby аномалия

Темная материя ?
Adler, 2008
свойства темной материи
околоземное гало
большое усиление

Астрономическая Единица
??? приливное взаимодействие (Miura et all, 2009)

Небесная механика в Солнечной системе
Future missions
RadioAstron – Space Interferometer, 2009 yr, ASC LPI RAS – flyby anomaly, Earth-Moon halo
SAGAS – Search for Anomalous Gravitation using Atomic Sensors, ESA 2015-2025 Call for Proposals,
2020-2030 yr, t~15-20yr, payload – accelerometer,
optical clock
Khriplovich&Pitjeva,2006;
Khriplovich,2007;
Iorio,2007;Frere et.al.,2008

Гравитационное проявление темной материи в Солнечной Системе
n ~ 10 n∞
Земля
Луна
aD.M.~10-19 см/сек2
a(РадиоАстрон) ~ 10-6 см/сек2
Солнце
70 а.е.
R
aD.M.~3*10-15 см/сек2
a(Пионер) ~ 8*10-8 см/сек2

Проявление гало
Пример Солнца: (Spergel,Press,Krauss,Freese 1985)
M D.M. = 5 – 60 GeV σ ≈ 4 10 -36 см 2
Обилие 10 -12 – существенно !!!