A Tejútrendszert ábrázoló képeken csillagok milliárdjaiból álló spirálkarokat látunk, amelyek a centrumból indulnak ki, közöttük pedig gáz ragyog. Szemünk azonban csak egy részletét láthatja annak, ami a galaxisunkat összetartja. A Tejútrendszer tömegének körülbelül 95 százaléka nem látható, nem is lép kölcsönhatásba a fénnyel. A rejtélyes sötét anyag alkotja, amit még sosem figyeltek meg közvetlenül.
Egy nemrég megjelent tanulmány azt vizsgálja, hogy a sötét anyag gravitációja miként hat a Naprendszer objektumaira, köztük az űreszközökre és a távoli üstökösökre. A kutatók javaslatot tesznek a sötét anyag hatásának közvetlen megfigyelésére is. A szakcikket a brit Királyi Csillagászati Társaság havonta megjelenő kiadványában tették közzé.
„Úgy gondoljuk, hogy ha elég messzire jutunk a Naprendszerben, akkor lehetőségünk adódhat megmérni a sötét anyag erejét” – mondta Jim Green (NASA), a tanulmány társszerzője. „Ez az első elképzelés arra, hogy miként és hol csináljuk.”
Sötét anyag a házunk táján
A Föld gravitációja nem engedi, hogy kirepüljünk a fotelből, a Nap gravitációs erejével pedig arra készteti bolygónkat, hogy 365 nap alatt megkerülje. Minél távolabb jut azonban egy űreszköz a Naptól, annál kevésbé hat rá csillagunk gravitációja, és annál jobban a Galaxis többi részének tömegvonzása, amely nagyrészt a sötét anyagból származik. Galaxisunk 100 milliárd csillagának tömege a becslések szerint eltörpül a sötét anyag tömegéhez képest.
Ahhoz, hogy megtudjuk, milyen hatása van a sötét anyagnak a Naprendszerben, a szakcikk vezető szerzője, Edward Belbruno kiszámította a „galaktikus erőt”, vagyis a teljes galaxis gravitációját – beleértve a „közönséges” anyagét és a sötét anyagét is. Kiderült, hogy a Naprendszer gravitációjának nagyjából 45 százaléka a sötét anyagtól, 55 százaléka pedig a közönséges, úgynevezett barionikus anyagtól származik. Eszerint a Naprendszerben nagyjából fele-fele arányban találunk sötét anyagot és közönséges anyagot.
„Meglepett, hogy a Naprendszerben milyen csekély a sötét anyagból származó galaktikus gravitációs erő a közönséges anyagéhoz képest” – mondta Belbruno (Princeton University). „Ez azzal magyarázható, hogy a sötét anyag nagy része a galaxis külső részein található, távolabb a Naprendszertől.”
A Tejútrendszert körülvevő nagyobb régióban, a sötétanyag-halóban van a galaxis sötét anyagának legnagyobb része. A halóban szinte nincs is normál anyag. A kutatók szerint ha a Naprendszer távolabb lenne a galaxis központjától, akkor erősebben éreznénk a sötét anyag hatását, mert közelebb lennénk a halóhoz.
Hogyan hat a sötét anyag az űreszközökre?
A kutatók szerint a sötét anyag gravitációja enyhe hatással van azokra az űreszközökre, amelyeket a NASA a Naprendszeren túlra küldött. „Ha egy űreszköz elég hosszú ideig halad át a sötét anyagon, megváltozik a pályája, és ezt fontos figyelembe venni bizonyos jövőbeni küldetések tervezésénél” – mondta Belbruno.
Ilyen űreszköz az 1972-ben és 1973-ban felbocsátott Pioneer‒10 és Pioneer‒11, a már több mint 40 éve működésben lévő, és a csillagközi űrt járó Voyager‒1 és Voyager‒2, valamint a New Horizons űrszonda, amely meglátogatta a Plutót és az Arrokoth kisbolygót a Kuiper-övben.
Ez azonban csak apró hatás. Miután több milliárd kilométert megtett, a Pioneer‒10 űrszonda helyzete csak körülbelül 1,6 méterrel tér el a számítottól a sötét anyag hatására. „Hat rájuk a sötét anyag, de olyan kis mértékben, hogy azt nem tudjuk mérni” – mondta Green.
Hol veszi át az irányítást a galaktikus gravitációs erő?
A Naptól bizonyos távolságban a galaktikus gravitációs erő hatása nagyobb lesz a közönséges anyagból álló Nap tömegvonzásánál. A kutatók számításai szerint az átmenet nagyjából 30 ezer csillagászati egységre következik be, vagyis a Nap‒Föld-távolság harmincezerszeresénél. Ez jóval a Plutón túl van, de még az Oort-felhőn belül. (Ez egy üstökösök millióiból álló raj, amely 100 ezer csillagászati egység sugarú térrészben veszi körül a Naprendszert.)
Eszerint a sötét anyag gravitációja szerepet játszhatott az olyan objektumok pályájának kialakulásában, mint az ‘Oumuamua. Ez a szivar alakú üstökös vagy kisbolygó egy másik csillagrendszerből érkezett, és 2017-ben haladt át a belső Naprendszeren. A kutatók szerint az ’Oumuamua szokatlanul nagy sebességét okozhatja az is, hogy a sötét anyag gravitációja több millió éven keresztül gyorsította.
Ha létezik a Naprendszer külső szélén feltételezett óriásbolygó, a kilencedik bolygó vagy X bolygó, amit az elmúlt években kerestek a csillagászok, akkor annak pályájára is hatással lenne a sötét anyag. Ha ez a bolygó létezik, az is lehet, hogy a sötét anyag távolabb húzta arról a területről, ahol a kutatók jelenleg keresik – írja a tanulmány. Lehet, hogy az Oort-felhő üstököseinek egy része a sötét anyagnak köszönhetően el is szabadult a Nap körüli pályáról.
Megmérhető a sötét anyag gravitációja?
Ahhoz, hogy megmérhessük a sötét anyag hatását a Naprendszerben, nem feltétlenül kell egy űreszközt nagyon messzire küldenünk. Green és Belbruno szerint egy 100 csillagászati egységre kiküldött űrszonda a megfelelő módszerekkel segíthet közvetlenül megmérni a sötét anyag hatását.
Egy radioizotópos áramforrással felszerelt űrszonda képes lehet elvégezni ezt a mérést. Ilyen technológia tette lehetővé a Pioneer‒10 és 11, a két Voyager és a New Horizon űrszondáknak, hogy olyan messzire eltávolodjanak a Naptól. Egy ilyen űreszköz vihet magával egy fényvisszaverő golyót, amit megfelelő távolságban eldob. A golyóra csak a galaktikus gravitációs erők hatnának, míg az űrszonda a galaktikus erők mellett az áramforrásában lévő, bomló radioaktív elemekből származó hulladékhő kisugárzásakor fellépő erőt is érezné. A hulladékhő-erő kivonása után a kutatók megvizsgálhatják, hogy a galaktikus erőben mekkora eltérés mutatkozik a golyó és az űrszonda eltérő pályáján. Az eltérést lézerrel mérnék meg, miközben a két tárgy egymással párhuzamosan haladna.
A NASA egyik tervezett küldetése alkalmas lehet egy ilyen kísérletre. Ez az Interstellar Probe, amelynek célja, hogy a Naptól körülbelül 500 csillagászati egységre jusson, és megvizsgálja ezt a kevéssé ismert területet.
Forrás: NASA
