Темная материя в Солнечной системе

• 1 слайд

  Темная материя в Солнечной системе
  Кауц В.Л.
  Астрокосмический Центр ФИАН, Москва
  С.-Петербург, 30 сентября 2009
  

• 2 слайд

  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
  
  

• 3 слайд

  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%
  

• 4 слайд

  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, ???
  
  

• 5 слайд

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

• 6 слайд

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

• 7 слайд

  Окрестность Солнечной Системы
  

• 8 слайд

  Барионное сжатие во время формирования Солнечной системы
  

• 9 слайд

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

• 10 слайд

  Потери энергии при однократном пролете
  Электрический:
  
  
  Магнитный:
  

• 11 слайд

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

• 12 слайд

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

• 13 слайд

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

• 14 слайд

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

• 15 слайд

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

• 16 слайд

  1. малые скорости
  >>1
  

• 17 слайд

  2. сравнимые скорости
  

• 18 слайд

  Гравитационная фокусировка частиц
  поверхность Солнца:
  внутри Солнца:
  =>
  

• 19 слайд

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

• 20 слайд

  ~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
  

• 21 слайд

  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
  

• 22 слайд

  Anderson et al, Phys.Rev.D, 2002
  

• 23 слайд

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

• 24 слайд

• 25 слайд

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

• 26 слайд

  Flyby аномалия
  

• 27 слайд

• 28 слайд

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

• 29 слайд

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

• 30 слайд

  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
  
  

• 31 слайд

  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
  

• 32 слайд

  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 !!!
  

• 33 слайд

  Выводы
  Существует ряд механизмов локального увеличения плотности частиц темной материи в Солнечной системе.
  Коэффициент усиления порядка нескольких единиц.
  Это безусловно важно для регистрации сигналов в детекторах частиц темной материи, но пока недостаточно для прямого детектирования темной материи по ее гравитационному проявлению.