La matière noire a été théorisée pour exister relativement récemment, et nous avons parcouru un long chemin pour comprendre ce qui représente 23% de notre Univers. Un article récent sur la matière noire plus près de chez nous - ici même dans notre propre système solaire - révèle qu'il est plus dense et plus massif que dans le halo galactique.
La matière noire est tout simplement bizarre. Il ne dégage pas de lumière, a de la masse et réagit gravitationnellement avec la matière «normale» - ce dont nous et notre planète et les étoiles sommes composés. Tout comme la matière normale, elle "se rassemble", ou s'accumule, à cause de cette attraction gravitationnelle; nous trouvons plus de matière noire près des galaxies que dans les vastes étendues qui les séparent.
La matière noire n'est pas seulement loin dans la Voie lactée ou quelque part de l'autre côté de l'Univers: elle est ici même chez nous dans notre système solaire. Dans un récent article soumis à Examen physique D, Ethan Siegel et Xiaoying Xu de l'Université de l'Arizona ont analysé la distribution de la matière noire dans notre système solaire et ont constaté que la masse de matière noire est 300 fois supérieure à celle de la moyenne des halos galactiques et que la densité est 16 000 fois supérieure à celle de l'arrière-plan de la matière noire.
Au cours de l'histoire du système solaire, Xu et Siegel calculent que 1,07 X 10 ^ 20 kg de matière noire ont été capturés, soit environ 0,0018% de la masse de la Terre. Pour obtenir une poignée sur ce nombre, la masse de Cérès - le plus grand objet dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter - est environ 9 fois cette quantité.
Siegel et Xu ont calculé la quantité de matière noire que le système solaire a balayée au cours de sa durée de vie de 4,5 milliards d'années en modélisant la composition du halo de matière noire en arrière-plan sur l'orbite du système solaire autour de la galaxie et en calculant la quantité de matière noire être piégé par le système solaire alors qu'il se déplace dans ce halo. Ils ont effectué ce calcul séparément pour le Soleil et chacune des huit planètes, donnant la distribution de la matière à travers le système solaire, ainsi que la quantité totale capturée.
Tout comme lorsque vous conduisez votre voiture à travers de légères chutes de neige, la matière noire «adhère» au système solaire lorsqu'elle est liée gravitationnellement par le soleil et les planètes. Tout comme une partie de la neige fond sur votre pare-brise (espérons-le), certaines ne collent pas au capot et la plupart volent juste à côté, la matière noire n'est pas distribuée également dans tout notre système solaire. Certaines planètes ont plus de matière noire qui les entoure que d'autres, selon l'endroit où elles se trouvent. La distribution de densité de la matière noire dans le système solaire est illustrée ci-dessous.
Le premier pic est Mercure, et les deux prochains pic sont Vénus et la Terre (Mars n'apparaît pas). Le prochain est Jupiter, suivi d'une petite bosse de Saturne et enfin Uranus et Neptune combinés créent la dernière petite bosse.
Comment la matière noire locale affecte-t-elle les interactions dans le système solaire? Eh bien, cela n'a pas un grand effet sur les orbites des planètes, ni ne ralentit sensiblement le système solaire sur son orbite autour du centre galactique.
«Les orbites planétaires, s'il y avait suffisamment de matière noire présente, auraient leur pré-périhélie plus rapide que s'il n'y avait pas de matière noire. La quantité de matière noire permise par ces observations est considérablement supérieure à la quantité que je prédis. Les erreurs sur les mesures de la précession du périhélie sont en unités de centièmes d'arc seconde par siècle ... Même si vous supposez que la matière noire est au repos par rapport à la galaxie que traverse le système solaire (qui est l'exemple extrême), la Le soleil est de l'ordre de 10 ^ 30 kg; la capture d'un bloc de 10 ^ 20 kg de matière noire vous ralentira d'environ 20 microns / seconde pendant la durée de vie du système solaire. Ce serait donc petit. » - Ethan Siegel dans une interview par e-mail.
Et, hélas, le mystère de l'anomalie Pioneer ne sera pas résolu par cette révélation, car la masse de la matière noire capturée ne suffit pas à expliquer les mouvements étranges de ce vaisseau spatial.
La découverte d'une densité et d'une masse de matière noire plus élevées dans notre quartier pourrait cependant aider à l'étude et à la détection de la matière noire. Connaître la distribution de masse et de densité de la matière noire locale - et donc savoir combien et où la chercher - fournira aux astronomes qui cherchent à résoudre exactement ce qui la compose avec plus d'informations.
«Notre détermination de la densité locale de la matière noire et de la distribution de la vitesse est d'une grande importance pour les expériences de détection directe. Les calculs les plus récents qui ont été effectués supposent que les propriétés de la matière noire à l'emplacement du Soleil dérivent directement du halo galactique. En comparaison, nous constatons que les expériences terrestres devraient également considérer un composant de la matière noire avec une densité 16 000 fois supérieure à la densité de halo de fond », ont écrit Xu et Siegel.
Source: Arxiv, entretien par e-mail avec Ethan Siegel
