¿Podemos medir la materia oscura en nuestro sistema solar?

Concepto artístico de la nave espacial de salida más distante de la Tierra, Voyager 1, lanzada a finales de la década de 1970. Los círculos representan las órbitas de los principales planetas exteriores de nuestro sistema solar: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. La Voyager 1 se encuentra ahora a más de 14 000 millones de millas (23 000 millones de km; unas 150 unidades Tierra-Sol o UA) de la Tierra. Para detectar materia oscura en nuestro sistema solar, dicen los científicos, una nave espacial podría estar a menos distancia de lo que está ahora la Voyager 1.

La materia oscura impregna nuestro sistema solar

Materia oscura no interactúa con la materia ordinaria. Es invisible a la luz y otras formas de radiación electromagnética. Así que los instrumentos modernos no pueden “verlo”. Pero la materia oscura tiene masa. Y eso significa que tiene una atracción gravitacional. A través de estudios de su atracción, los astrónomos han recopilado evidencia indirecta abrumadora que sugiere que la materia oscura impregna nuestro universo. Y así, nuestro sistema solar, nuestra familia de planetas que orbitan alrededor del sol, también debe contener materia oscura. El 1 de febrero de 2022, la NASA reportado en un nuevo estudio que calcula la atracción de la materia oscura sobre objetos en nuestro sistema solar, por ejemplo, naves espaciales y cometas distantes. Luego, el estudio propone un experimento para detectar materia oscura dentro de nuestro sistema solar.

El estudio se llama Al salir del sistema solar: la materia oscura marca la diferencia. los revisado por pares lo publicó la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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El autor principal del estudio es matemático y astrofísico. Eduardo Belbruno de la Universidad de Princeton y la Universidad Yeshiva. Calculó lo que llamó la fuerza galáctica, es decir, la fuerza gravitacional general de la materia normal combinada con la materia oscura, de toda la galaxia de la Vía Láctea.

El sistema solar es mitad materia oscura y mitad materia normal

Encontró que en nuestro sistema solar, aproximadamente el 45% de esta fuerza proviene de la materia oscura y el 55% es de la normal, llamada materia bariónica. Esto sugiere una división de aproximadamente la mitad y la mitad entre la masa de materia oscura y la materia normal en la familia de nuestro sol.

¡Así que la mitad del sistema solar podría ser materia oscura! Sin embargo, Belbruno dijo que estaba sorprendido de que el porcentaje de materia oscura en nuestro sistema solar no fuera mayor:

Me sorprendió un poco la contribución relativamente pequeña de la fuerza galáctica debida a la materia oscura que se siente en nuestro sistema solar en comparación con la fuerza debida a la materia normal. Esto se explica por el hecho de que la mayor parte de la materia oscura se encuentra en las partes exteriores de nuestra galaxia, lejos de nuestro sistema solar.

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Gráfico circular que muestra materia oscura, materia ordinaria y energía oscura.
Verá estimaciones ligeramente diferentes para el porcentaje de materia oscura en nuestro universo. Pero, según los teóricos modernos, hay mucha más materia oscura que materia ordinaria en el universo. Imagen vía NASA/WMAP.

La fuerza galáctica y nuestra nave espacial saliente

La NASA explicó que Belbruno y el coautor del estudio james verde de la NASA continuó prediciendo que la gravedad de la materia oscura interactúa «muy levemente» con todas las naves espaciales que la NASA ha enviado en caminos fuera de nuestro sistema solar:

Eso podría incluir, por ejemplo, los jubilados pionero 10 y 11 sondas que se lanzaron en 1972 y 1973, respectivamente; los Voyager 1 y 2 sondas que llevan más de 40 años explorando y han entrado en el espacio interestelar; y el Nuevos horizontes nave espacial que ha volado por Plutón y Arrokoth en el cinturón de Kuiper.

Es un efecto diminuto. Después de viajar miles de millones de millas, la trayectoria de una nave espacial como la Pioneer 10 solo se desviaría unos 5 pies (1,5 metros) debido a la influencia de la materia oscura, explicó la NASA. Aún así… el espacio es enorme. Y nuestra nave espacial de salida eventualmente viajará miles de millones de millas.

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La atracción de la materia oscura más allá de Plutón

Belbruno y Green calcularon que las naves terrestres sentirían la atracción de la materia oscura a unas 30.000 unidades astronómicas (AU) del sol. Eso es 30.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Está mucho más allá de Plutón, pero aún dentro del Nube de Oort, que se extiende a 100.000 unidades astronómicas. Así que tendría grandes implicaciones. La NASA explicó:

Esto significa que la gravedad de la materia oscura podría haber jugado un papel en la trayectoria de objetos como ‘Oumuamua, el cometa o asteroide con forma de cigarro que vino de otro sistema estelar y pasó por el sistema solar interior en 2017. Su velocidad inusualmente rápida podría explicarse. por la gravedad de la materia oscura empujándola durante millones de años, dicen los autores.

Si hay un planeta gigante en los confines del sistema solar, un objeto hipotético llamado Planeta 9 o Planeta X que los científicos han estado buscando en los últimos años, la materia oscura también influiría en su órbita. Si este planeta existe, la materia oscura tal vez podría alejarlo del área donde los científicos lo están buscando actualmente, escriben Green y Belbruno. La materia oscura también puede haber causado que algunos de los cometas de la Nube de Oort escaparan por completo de la órbita del sol.

¿Podríamos medir la atracción de la materia oscura en nuestro sistema solar?

Estos científicos creen que, para medir los efectos de la materia oscura en nuestro sistema solar, una futura nave espacial no tendría que viajar necesariamente 30 000 AU. Pero tendría que llevar el equipo adecuado. A una distancia de 100 AU, dijeron, una futura nave espacial podría ayudar a los astrónomos a medir la influencia de la materia oscura de la siguiente manera:

Específicamente, una nave espacial equipada con radioisótopo power, una tecnología que ha permitido que Pioneer 10 y 11, Voyagers y New Horizon vuelen muy lejos del sol, puede ser capaz de hacer esta medición. Una nave espacial de este tipo podría llevar una bola reflectante y dejarla caer a una distancia adecuada. La pelota sentiría solo fuerzas galácticas [combined gravitational force from both dark and ordinary matter]. Mientras tanto, la nave espacial experimentaría una térmico fuerza del elemento radiactivo en descomposición en su sistema de energía, además de las fuerzas galácticas.

Restando la fuerza térmica, los investigadores podrían observar cómo la fuerza galáctica se relaciona con las desviaciones en las trayectorias respectivas de la pelota y la nave espacial. Esas desviaciones se medirían con un láser a medida que los dos objetos vuelan paralelos entre sí.

Misión de la sonda interestelar

Una misión propuesta de la NASA llamada Sonda interestelar podría ser capaz de hacerlo. Esta misión unidireccional de 50 años a las profundidades del espacio está siendo estudiada actualmente por el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins. Su objetivo es viajar a unas 500 AU del sol, 500 veces la distancia entre la Tierra y el sol, para explorar el espacio entre las estrellas. ¿Podemos equipar esta misión con una «bola reflectante», como se describe arriba? yo voto si!

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Lea más de la NASA sobre la medición de la materia oscura en nuestro sistema solar

5 naves espaciales saliendo del sistema solar.
Estas 5 naves espaciales hechas por humanos están abandonando actualmente el sistema solar.

En pocas palabras: la ciencia se trata de medir cosas. Y, según los astrónomos modernos, la materia oscura impregna nuestro sistema solar. ¿Podemos encontrar una manera de medirlo? Dos científicos dicen que sí y proponen un mecanismo.

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