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

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

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

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

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

7 Окрестность Солнечной Системы

8 Барионное сжатие во время формирования Солнечной системы

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

10 Потери энергии при однократном пролете Электрический: Магнитный:

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

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

13 Гравитационно – столкновительный захват + гравитационный захват (Damour&Krauss,1999) Юпитер Солнце Касание Солнца, торможение Касание Солнца, торможение Последующая эволюция орбиты U(r) ~ r 2 + 1/r U(r) ~ r 2 + 1/r Возмущения планетами Возмущения планетами

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

15 V D.M. ~ 300 km/sV sun par. ~ 600 km/sСолнце:

16 1. малые скорости >>1

17 2. сравнимые скорости

18 Гравитационная фокусировка частиц поверхность Солнца: внутри Солнца: =>

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

20 ~60 0 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 Нет фокусировки планетами На орбитах Гало вокруг планет V orbital_Earth = 30 km/sV orbital_Jupiter = 13 km/s V par_Earth = 11.2 km/sV par_Jupiter = 61 km/s

22 Anderson et al, Phys.Rev.D, 2002

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

24

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

26 Flyby аномалия

27

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

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

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

31 Гравитационное проявление темной материи в Солнечной Системе n ~ 10 n Земля Луна a D.M. ~ см/сек 2 a(РадиоАстрон) ~ см/сек 2 Солнце 70 а.е. R a D.M. ~3* см/сек 2 a(Пионер) ~ 8*10 -8 см/сек 2

32 Проявление гало Пример Солнца: (Spergel,Press,Krauss,Freese 1985) M D.M. = 5 – 60 GeV σ см 2 Обилие – существенно !!!

33 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.