暗黒物質は奇妙で神秘的なものです。 それは宇宙の質量の85パーセントにもなるかもしれません、そしてその重力はそれの周りのすべてに影響を及ぼします。 しかし、私たちはそれを裸眼で見ることはできません。 私たちは、地球上で、またはいくつかのプローブで空間をズームして、私たちの機器のいずれかでそれを直接観察したことはありません。
現在、スイスのチームは興味深い計画を作成しました。これは、暗黒物質をより正確に読み取るための可能な方法です。 それは、私たちの太陽系で最も遠い惑星である天王星と海王星に向かって探査機を撃ち、それらの軌道を引っ張るすべての力を注意深く記録することを含みます。 減算すると 既知 力—近くのすべての惑星、月、小惑星の引力—残っているのは暗黒物質の影響であるはずです。
チューリッヒ大学の理論天体物理学および宇宙論センターのローレンツ・ツウィックと彼のチームは、「太陽系の標準的な重力パラメータの測定を改善する」ことは「ユニークな機会」であると書いています。 新しい査読済み研究 それは4月22日にオンラインで登場しました。
スイスの計画は紙の上では素晴らしく見えます。 ただし、実際には、プローブに作用する暗黒物質の力を、たとえば、マッピングされていない小惑星からの力、またはプローブの緩いコネクタから放射線を宇宙に放出する力から分離できない場合があります。 言い換えれば、私たちは私たちの問題について十分に知らないかもしれません できる 私たちの問題について物事を推測し始めるのを見てください できません 見る。
進行中の理論は、暗黒物質は可視物質と同じように電磁界と相互作用しないというものです。 光を吸収も反射もしません。 しかし、私たちはそれがそこにあるとかなり確信しています。 それがなければ、宇宙は意味をなさない。 惑星や恒星系、そして銀河全体は、それらの目に見える質量が意味するように見えるので、それらがほぼ2倍の重さであるかのように振る舞います。 宇宙の物体の質量を合計するだけで説明できるよりもはるかに多くの重力があります。
私たちが見ることができるものと私たちがそこにあると思うものとの間のギャップは、20世紀初頭に最初に明らかになりました。 私たちの楽器が良くなるにつれて、ギャップは大きくなりました。 1960年代後半、SETIでの研究で現在最も有名な天文学者、セス・ショスタック—地球外知的生命体の探索—カリフォルニアの電波望遠鏡アレイを使用して、一部の銀河が、目に見える星が示すよりも速く回転していることを確認しました。 Shostakは後に、銀河には直接観測できない質量があると推測しました。
今日、暗黒物質は天文学に不可欠です。 しかし、それは私たちがそれをよく理解しているという意味ではありません。 一つには、それがどれほど均等に広がっているかわかりません。 暗黒物質は、星系間の広大な距離よりも星系内の方が密度が高い可能性があります。 暗黒物質に輪郭がある可能性もあります 中身 星系。
ズウィックが私たち自身のシステムを綿密に調査することで、宇宙科学全体にノックオン効果が生じる可能性があるため、その質問に答えることができます。 「ここで提案されているような新しい道を追求することは非常にエキサイティングに見えます」と、暗黒物質のマッピングを専門とし、チューリッヒ大学の研究に関与していなかったイェール大学の天文学者、プリヤムヴァダ・ナタラジャンはデイリービーストに語った。
私たちの太陽系、あるいは太陽系の隅だけが特別であるかどうかを解決することさえできるかもしれません。 「私たちの現在の期待 [dark matter] 地球の密度は、銀河の周りの星の観測に基づいており、地球は銀河中心からの距離に関して銀河のかなり典型的な部分にあるという仮定と組み合わされています。研究に関与していなかったマサチューセッツ工科大学は、デイリービーストに語った。 「その仮定をテストできれば素晴らしいと思います。」
ツウィックのアイデアは、太陽系で最も遠い大きな天王星と海王星に向けて、1つまたは2つのプローブを発射することです。
「天王星と海王星だけが賢明な目標です。なぜなら、測定は太陽と宇宙船の間の暗黒物質の総封入質量に敏感だからです」とツウィックはデイリービーストに説明しました。 言い換えれば、プローブのターゲットが遠くなるほど、プローブが通過しなければならない暗黒物質が多くなり、収集に役立つデータが増えます。
地上のコントローラーは、コースと速度の小さな変化に注意しながら、プローブを注意深く追跡します。 実際には、これらの変更をログに記録することが重要です。 それぞれが、惑星、月、小惑星などからの重力の影響を示唆しています。
あるいは、暗黒物質からでも。 “の存在 [dark matter] 宇宙船の軌道内の囲まれた質量に比例する半径方向の力を生成します」とチューリッヒ大学のチームは書いています。
Zwickのチームまたは他の科学者がプローブをシステムの外縁に送信し、10年ほど追跡できる場合、Zwickは、今後15年間に起動する可能性のある特定のプローブを念頭に置いており、十分なデータがある可能性があります。プローブの旅への明らかな影響を取り除き始めること。 残っているのは暗黒物質の証拠かもしれません。
一部の暗黒物質の専門家は計画に懐疑的ですが、明らかな理由ではないかもしれません。 新しい宇宙ミッションの通常の障害であるコストと技術は、実際には問題ではありません。 結局のところ、ツウィックの調査は実際には独自の宇宙船を必要としないでしょう。 暗黒物質の科学者がしなければならないのは、プローブを1つか2つ追跡し、重力のモデルを構築することだけなので、十分に遠くまで移動している限り、どのプローブでも実行できます。
したがって、既存の宇宙船に便乗するのが最も理にかなっています。 より良いテレメトリデータのために無線リンクを微調整するだけで、ローカルの暗黒物質を調査する準備が整います。 「ある意味で、私たちはヒッチハイカーにすぎません」とツウィックは言いました。
おそらく最良の候補は、NASAが2030年代後半に天王星と海王星に送りたいと考えているプローブのペアです。 宇宙機関はまだ調査に完全に取り組んでいないので、彼らがどのような機器を持っているのか、あるいはいつ発売されるのかについての明確な感覚はありません。 カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所の惑星科学者であるマークホフスタッターは、 強調 「これらの惑星の少なくとも1つとその環境全体を探索することの重要性。これには、驚くほど動的な氷の衛星、リング、奇妙な磁場が含まれます。」
ツウィックと会社はすでにNASAに序曲を作っています。 「十分に強力な主張をし、十分な人々を納得させることができれば、そのアイデアが雪だるま式になり、無線リンクの改善がミッション計画の優先事項になることを願っています」とツウィック氏は述べています。
しかし、NASAが遅滞なくサインオンしたとしても、他の複雑な問題がZwickの暗黒物質の使命を破滅させる可能性があります。
手始めに、暗黒物質がプローブに与える影響は、たとえ遠くに飛んでいるものであっても、本当に、本当に微妙である可能性があります。 おそらく微妙すぎて、既知の重力の影響の計算における丸め誤差と区別できません。 「密度がなければ、太陽系の暗黒物質を重力効果だけで測定するために必要な感度を得る方法はありません。 [of dark matter] 予想よりはるかに高い」とスレーターは警告した。
次に、未知の重力の可能性があります ない 暗黒物質。 Zwickが提案したプロジェクトは減算の問題ですが、すべての数値を理解することは絶対に重要です。 これまで知られていなかった力は、たとえごくわずかなものであっても、プロジェクト全体を放棄する可能性があります。 カナリア諸島の天体物理学研究所とララグーナ大学の天体物理学者であるFrancisco-ShuKitauraは、「重力場での試験物体の動きを決定する際に達成する必要のある精度は…非常に高い」と述べています。研究に関与している、とデイリービーストに語った。 ツウィックと彼のチームでさえ、彼らの提案は「実際の宇宙船に作用するすべての力が完全にモデル化されている場合にのみ」機能することを認めました。
不完全なモデリングは、最も初期の暗黒物質の失望の背後にありました。 1972年、NASAのパイオニアプローブは木星へのミッションで打ち上げられました。 コントローラーは、計画外の小さな加速を検出しました。 頭の痛い瞬間、一部の科学者は、それが暗黒物質が船に引っ張られている証拠であると信じていました。 彼らは間違っていた。 「結局、人々は宇宙船が熱放射を放出していることに気づきました…それはそれをその軌道からわずかに逸脱させました」とZwickは思い出しました。
もちろん、もう1972年ではありません。 私たちの技術は優れています。 そして、暗黒物質に関しては、私たちは私たちが探しているものをより明確に理解しています。 おそらく、目に見えないものをマッピングするというZwickの使命は、それが前進すると仮定すると、すべてを説明していないために失敗するでしょう。 見える もの…まだ。
しかし、それでも正しい方向へのプローブは1つか2つです。
ポスト 天王星と海王星への使命は、暗黒物質を見つけるための私たちの最善の希望です 最初に登場 デイリービースト。
