La materia oscura ( denominata in breve DM ) o modifiche della legge inversa dei quadrati di Newton nel sistema solare, sono stati studiati con precisi dati astrometrici planetari.
Dalla precessione del extraperielio e dal possibile cambiamento nella 3 legge di Keplero, si ottiene un limite superiore alla densità locale di materia oscura :
ρDM3 x 10(-16) kg/m3 con un livello di confidenza di 2σ.
Variazioni del comportamento 1/r2 sono considerati nella forma di una possibile interazione di Yukawa o una modifica della gravità di Milgrom come un tipo di modifica della dinamica newtoniana, denominata MOND.
Fino a scale di 10(+11) m, la scala dipendente delle deviazioni in accelerazione gravitazionale sono davvero piccole.
Abbiamo esaminato l’interpolazione della variabile Âμ MOND in funzione del regime di una gravità forte.
A poco a poco, Âμ è stato suggerito dalla crisi di curve di rotazione, essi sono esclusi, mentre il Âμ modulo standard (x) = x / (1 + x2) 1 / 2 è ancora compatibile
con i dati.
In combinazione con i vincoli da curve di rotazione galattica e considerazioni teoriche
sugli effetti esterni del campo, l'assenza di qualsiasi scostamento significativo dalla inverse attrazioni, piazzata nel sistema solare, rende la gamma di funzioni d’interpolazione accettabile in modo significativo stretto.
Future osservazioni radio che vanno dai pianeti esterni, con una precisione di pochi decimi di un metro, potrebbe o dare la prova positiva dell’esistenza della materia oscura o confutare le modifiche della gravità.
La legge gravitazionale inverse dei quadrati e la sua generalizzazione relativistica,
hanno superato i test significativi in relazione alla durata, molto diversi e nei tempi.
Prove di precisione da laboratorio e da misurazioni nel sistema solare e delle pulsar binarie, possono fornire un corpo abbastanza impressionante di prove, considerando l'estrapolazione dalla base empirica.
Le prime incongruenze sembrano apparire solo su scale galattiche con l'osservato,
in discrepanza tra la massa dinamica newtoniana e la massa luminosa diretta osservabile, e sono ancora in ordine, anche per grandi sistemi gravitazionali.
Due spiegazioni evidenti sono state proposte:
o grandi quantità di materia invisibile di 'dark' (DM), dominano la dinamica dei sistemi di grandi dimensioni o la gravità non è descritta dalla teoria di Newton su ogni scala.
La DM e tutta la teoria della relatività generale, hanno bisogno di superare le evidenti carenze per fornire un quadro coerente per i fenomeni gravitazionali fatti in laboratorio al contesto cosmologico.
Il paradigma della materia oscura fredda (CDM) se completate con una costante cosmologica positiva (la cosiddetta CDM) è riuscita a spiegare l'intera gamma dei corpi galattici ed extragalattici come elementi di prova, dalle curve di rotazione in galassie a spirale di grandi dimensioni e nella struttura di formazione ed evoluzione.
Il paradigma CDM potrebbe essere considerato come l'immagine definitiva,
oltre che alla presunta esistenza di DM, ci si affida così a lungo solo sulla suo presunto effetto gravitazionale globale, mentre la rilevazione diretta con qualunque mezzo indipendente, è ancora carente.
Questo fa spazio a proposte alternative basate sulle modificazioni della gravità newtoniana.
In generale, tali proposte non estendono la legge dell'inverso del quadrato
a un regime in cui non è mai stato testato e lo fanno senza introdurre alcun componente esotico. Le proposte sono molto diverse le une dalle altre.
Alcuni di essi, possono rendere più forte la gravità su scale di galassie e spiegare le curve di rotazione d’appartenenza senza la DM , altri a realizzare un meccanismo per l'accelerazione cosmica senza l'energia oscura, per esempio a causa della fuoriuscita di gravità su scale paragonabile a l'orizzonte.
Due proposte alternative principali sono stati discusse.
Nella prima, la potenziale gravitazionale si discosta dalla consueta forma a grandi distanze.
Un esempio classico è l'inclusione di un Yukawa, come termine nel potenziale gravitazionale.
Questo è strettamente connesso alla più fondamentale delle teorie in cui tali contributi aggiuntivi appaiono come il limite statico delle interazioni a causa dello scambio di massa virtuale , i bosoni.
Secondo la seconda principale scelta, la legge di Newton non è riuscita quando l'accelerazione gravitazionale è piccola, piuttosto che quando la distanza è grande.
Il prototipo, ancora una delle alternative più empiricamente di successo della DM, è quello di Milgrom,modificata dalla dinamica newtoniana, dnominato appunto MOND.
Con qualche fondamento nella fisica sensibile, Mond è in grado di fornire una descrizione efficace della fenomenologia su scale che vanno da galassie nane sferoidali all’
ammasso di galassie, ma la sua estensione cosmologica è ancora nella sua infanzia.
Ad alta precisione, i test del sistema solare potrebbe fornire un modello independente
dei vincoli su eventuali modifiche alla gravità di Newton.
Il sistema solare è la più grande e il piu conosciuto sulla distribuzione di massa e in grado di offrire conferme strette sulla gravità di Newton e sulla deviazione della relatività generale.
Diversi autori hanno discusso questa possibilità,onde i limiti derivanti dalle analisi dei vari dati astrometrici planetari e serie di dati sulla variazione nel comportamento 1/r2 della gravità.
Limiti sperimentale in materia di non-materia luminosa in orbita solare, sono stati
derivati dalla legge terza di Keplero o per studiare i suoi effetti sulla precessione del perielio.
L'influenza di un campo gravitazionale, a causa della DM galactica sul moto dei pianeti e satelliti nel solare sistem, è stato ulteriormente approfondito da Braginsky, Gurevich & Zybin (1992) e Klioner & Soffel (1993).
Il moto orbitale dei pianeti del sistema Solare, è stata determinata con precisione sempre più in alto e i dati recenti ci consentono di porre limiti interessanti sugli effetti molto sottili, come quello di un non-nulla nella costante cosmologica.
Le caratteristiche principali del DM nel sistema solare e di alcune alternative alla gravità di Newton.
DM - materia oscura
Nello scenario della DM, la Via Lattea si suppone che sia inserita in un massiccio alone scuro. Modelli realistici della Via Lattea sulla base adiabatica della compressione di halon CDM,può essere costruita in accordo con una gamma completa di vincoli di osservazione: La densità della DM locale dell’energia solare dovrebbe essere:
ρDM ~ 0,2 × 10(-21) kg/m(-3),
in eccesso di quasi cinque ordini di grandezza rispetto alla densità cosmologica media della DM.
MOND
MOND è alla base del principio che parte dalla teoria della gravitazione di Newton se le accelerazioni dinamiche sono di piccole dimensioni.
E 'stato inizialmente proposto come una modifica di una inerzia o gravità
In base a questo secondo approccio, l’accelerazione gravitazionale g è legata all’ accelerazione gravitazionale Newtoniana:
gN come μ (| g | / A0), g = GN, (1) , dove a0 è un parametro fisico con unità di accelerazione e μ (x) è una funzione non specificata che va da μ (x) = x in x «1
a μ (x) = 1 per x »1.
Anche se la tendenza Newton è recuperata a grandi accelerazioni, in basso regime di accelerazione efficace, l’accelerazione gravitazionale diventa g ≃ √ gNao.
Le curve di rotazione delle galassie a spirale piatte e il diritto di Tully-Fisher, spiega con che una tale modifica, e una vasta gamma di osservazioni, sono risultati con lo stesso valore di a0 ≃ 1.2 × 10-10 ms(-2).
La funzione μ è formalmente libera, ma come un dato di fatto, si adatta alle
curve di rotazione o considerazioni sugli effetti esterni del campo (EFE), suggeriscono
un campo piuttosto ristretto.
Lo standard, interpolando la funzione proposta da Milgrom (1983),
μ (x) = x / radice quadra di 1 + x2, (2)
fornisce una misura ragionevole per le curve di rotazione di una vasta gamma di galassie.
Basato su uno studio dettagliato della velocità le curve della Via Lattea e la galassia NGC 3198, Famaey & Binney (2005) ha scoperto che le funzioni d’interpolazione che fanno scattare un passaggio lento da il modello MONDiano al regime Newtoniano, esso deve essere preferito.
Essi ha proposto l'alternativa funzione di interpolazione:
μ (x) = x / (1 + x). (3)
La transizione tra i regimi asintotici è più rilevante nell’equazione (3) che in equazione (2).
In linea di principio, potrebbe essere proprio μ determinata dalle osservazioni di una galassia ideale in cui entrambe le la curva piana di rotazione e la distribuzione di luminosità sono noti con alta precisione.
La funzione μ che meglio riproduce la Via Lattea la rotazione della curva di rotazione sembra andare senza problemi.
Nel regime newtoniano, le partenze dipendono in larga misura dal modo in cui μ approcci 1 asintoticamente.
Per una classe molto generale d’interpolazione delle funzioni, possiamo scrivere:
μ (x) ≃ 1 - K0 (1 / x) (m), (4)
che conduce al campo modificato gravitazionale:
g ≃ gN? 1 + K0 (A0 / | gn |) (m) ,(5)
Per x »1, le equazioni (2) e (3) possono essere recuperati per (K0, m) =
(1 / 2, 2) e (1, 1), rispettivamente.
Qualsiasi valida teoria relativistica recante il paradigma di Mond, come quella di Teves Bekentein (Tensor-Vector-teoria scalare; Bekenstein 2004) o la BSTV di Sanders (Bi-Scalar-Tensor-Vector teoria; Sanders 2005), sembra richiedere campi scalari e vettoriali oltre al campo di solito tensoriali.
La fenomenologia MOND, emerge come una quinta forza effettiva associata ad un campo scalare. L'interpolazione della funzione μ, è legata ad una funzione ausiliaria del campo di forza scalare
Il formalismo (PPN) Post parametrizzato-Newton è stato molto utile per affrontare le teorie metriche di gravità con i risultati di esperimenti del sistema solare.
Purtroppo, per la generalizzazione relativistica del Mond, la presenza di entrambi,
uno scalare e un campo vettoriale, insieme con la funzione lagrangiana libera,
che produce la dinamica prevista per l'accelerazione a basso limite, rende problematico per ricavare i parametri corrispondenti di PPN.
Fino ad oggi, le derivazioni preliminari riguardano soltanto il Sistema solare più interno, dove μ è molto vicino all'unità , in modo che la determinazione molto accurata dei parametri PPN, non può essere direttamente utilizzato per testare il MOND.
Yukawa - come quinta forza
Le molti lunghe deviazioni gamma, può essere caratterizzato da una ampiezza
e una lunghezza di scala.
Prendiamo in considerazione i contributi aggiuntivi dell’anomalo movimento medio dei pianeti del sistema solare come il limite superiore σ; δa è l'incertezza sul semiasse di Pitjeva, δAR è una costante dell’accelerazione radiale anomala e ρDM è la densità DM::
Nome δa (m) | δAR |(m/s(-2)) ρDM (kg/m(-3))
Mercurio 0,105 × 10 0 4 × 10-13 3 × 10-14
Venere 0,329 × 10 0 2 × 10-13 7 × 10-15
Terra 0,146 × 10 0 3 × 10-14 8 × 10-16
Marte 0,657 × 10 0 4 × 10-14 7 × 10-16
Giove 0,639 × 10 3 1 × 10-12 5 × 10-15
Saturno 0,4222 × 10 4 1 × 10-12 3 × 10-15
Urano 0,384 84 × 10 5 1 × 10-12 2 × 10-15
Nettuno 0,478 532 × 10 6 4 × 10-12 3 × 10-15
Plutone 0,3463309 × 10 7 1 × 10-11 8 × 10-15
Risultati dall'analisi del moto medio, sono simili alle analisi della extraprecessione.
La funzione d’interpolazione nell'equazione (3) non è coerente con i dati del sistema solare.
Dai dati di Urano, otteniamo che m è maggiore/= 1,4 assumendo K0 ≃ 1.
Ancora una volta, le migliori prospettive per il futuro sono legati alla radio-localizzazione tecnica delle orbite dei pianeti esterni.
Gli assi di Urano, Nettuno e Plutone in orbita, sono stati determinati con una precisione di δa ~ 3 × 10, 3 × 102 e 1 × 103 m, rispettivamente.
Quinta forza di Yukawa
Il confronto kepleriano tra moti medi dei pianeti interni ed esterni in grado di sondare uno Yukawa, solo se si sentono come contributo in diversi pianeti, efficaci costanti gravitazionali.
Tale test è insensibile ai valori di λY , sia molto meno nell raggio dell'orbita del pianeta interiore o in altra orbita più grande dei pianeti esterni.
Diversamente dall’extraprecessione del perielio, che appare solo per le partenze dalla legge dell'inverso del quadrato, le variazioni del movimento medio, può apparire anche se entrambi i pianeti sentono un’accelerazione gravitazionale pari a 1/r2, ma con diversi costanti gravitazionali renormalizzate.
Considerando dei pianeti interni, i dati danno:
| αY |minore di 6 × 10-(12) per λY minore di 2 × 10(10) m per la Terra.
Il vincolo migliore da pianeti esterni è dovuto a Giove, con
| αY |minore di 5 × 10(-9) per λY minore di 10(11) m.
Il dibattito tra DM e le partenze dalla legge dell'inverso del quadrato è ancora aperto. Considerando sia gli aspetti teorici e sperimentali, la DM sembra essere leggermente preferita. Se su una scala galattica le due ipotesi concordano, sul lato cosmologico solo la DM può dare una coerente struttura.
Questo potrebbe cambiare a breve con il miglioramento costante nella generalizzazione relativistica del paradigma MONDiano.
Così, a mio avviso, è interessante esaminare i risultati su una ben diversa scala, quella del sistema solare. I dati del sistema solare sono stati la conferma delle previsioni della teoria della relatività generale, senza alcun bisogno per la DM, e di solito è scontato che le deviazioni possano apparire solo su una scala più ampia.
Possiamo imparare dal moto orbitale dei pianeti maggiori del sistema solare. I risultati sono ancora non conclusivi, ma comunque interessanti.
I migliori risultati, provengono dalla precessione perielio della Terra e di Marte, con risultati simili dalle modifiche della 3 legge di Keplero. Il limite superiore sulla densità della DM locale, ρDM minore/= 3 × 10(-16) kg/m(-3) , è inferiore alle stime delle dinamiche galactiche di sei ordini di grandezza.
Deviazioni dell’accelerazione gravitazionale di 1/r2 sono veramente trascurabili nelle regioni interne. La Yukawa, come quinta forza, è fortemente costretta sulla scala di ~ 1 au. Di una scala λY con lunghezza ~ 10(11) m, uno Yukawa, come la modifica può contribuire alla gravitazionale totale in azione per meno di una parte su 10(11).
Limitazioni analoghe potrebbero essere realizzati da misurazioni precise sulle masse con la prova effettuata a bordo del Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Pathfinder satellite2.
In effetti, le misurazioni istantanee del drag-test gratuit, l’ accelerazione di massa durante l'orbita di trasferimento verso il primo punto di Lagrange Sole-Terra, potrebbe in linea di principio essere una prova della legge dell'inverso del quadrato,su una scala di lunghezza di circa 1 UA.
Risultati su una scala di lunghezza simile potrebbe essere ottenuta attraverso una dettagliata analisi delle pulsar binarie. Il passaggio orbitale, il gravitazionale redsfhift / secondo il parametro d’ordine Doppler shift e il tasso di variazione del periodo orbitale, sono sensibili al tensore scalare della gravità e ad ogni altra deviazione della teoria generale della relatività.
La radiazione del dipolo gravitazionale associata a violazioni del principio di equivalenza nella sua versione forte, potrebbe causare un ulteriore forma di smorzamento gravitazionale e un cambiamento significativo della periodo orbitale potrebbe essre una verifica, in particolare per un sistema binario di pulsar con gli oggetti di massa molto dissimili, come il gravitone A massivo, associato a un Yukawa come una quinta forza potrebbero interessare anche le velocità di propagazione delle onde gravitazionali e di indurre ad effetti nocivi delle radiazioni alla portata dei futuri rivelatori delle onde gravitazionali.
L'inizio dell’accelerazione asintotica r dovrebbe avvenire abbastanza rapidamente ai margini del sistema solare, escluso il modo più graduale variabile μ (x) suggerito da attacchi di rotazione curve.
D'altra parte, la funzione standard d’interpolazione di μ (x) = x / (1 + x2) 1 / 2 MOND,è ancora in vigore.
Studi sulle orbite planetarie, potrebbero essere integrate con le osservazioni indipendenti nel Sistema solare.
Lieve o anche forti comportamenti MOND,potrebbero diventare evidenti in prossimità dei punti sella del potenziale gravitazionale totale, dove i fenomeni MONDiani potrebbero essere messi alla portata di misurazioni dalla sonda dotata di accelerometri sensibili.
È un dato di fatto, se si adatta alle curve di rotazione delle galassie, considerazioni teoriche sugli effetti esterni campo e dati del sistema solare,potrebbe determinare la forma della funzione d’interpolazione con una buona precisione,su una gamma piuttosto ampia intermedia tra profondi comportamenti asintotici newtoniani e MONDiani.
Futuri esperimenti ad effettuare radio-ranging su osservazioni di pianeti esterni, potrebbero migliorare sensibilmente le nostre conoscenze circa la gravità in regime di grandi accelerazioni.
La presenza della DM potrebbe essere rilevata con una precisione di alcuni decimi di un metro per le misurazioni delle orbite di Nettuno e Plutone, mentre l'incertezza di grandi misure come centinaia di metri, sarebbero sufficiente a confutare alcune MOND, piuttosto delle popolari funzioni d’interpolazione.
Per diventare davvero competitiva con la relatività generale ed il paradigma CDM, Mond dovrebbe essere facilitata nella sua gamma complessa di sistemi osservati dal sistema solare sino allle microonde cosmiche di radiazione di fondo.
Su una scala galattica, gli effetti della DM o del MOND,sono piuttosto simili e molto difficili da distinguere, ma ci potrebbero essere delle differenze rilevabili su una scala minore.
In effetti, il valore locale della DM al cerchio solare, è abbastanza fissata dalla dinamica galattica, considerando che il comportamento MOND nel regime di forti accelerazioni, indagato a livello locale non è univoco, su una base teorica e osservativa.
Tuttavia, solo una piccolissima classe di funzioni d’interpolazione libere, darebbe la stessa perturbazione sulle orbite dei pianeti esterni che, come dalle DM locali.
Corrispondenti alle aspettative del DM, con future osservazioni radio,sarebbe importantissima, per la conferma quasi definitiva della sua esistenza.
D'altra parte, le deviazioni in un diverso ordine di entità, come quelli attesi per una grande varietà di funzioni d’interpolazione MOND, sarebbero un forte segnale di partenza dalla
legge gravitazionale del quadrato inverso.
Mer Dic 02, 2009 3:52 pm