Dunkle Materie im Sonnensystem

[Orbit]

Das heisst, etwas verändert sich. Was?

Vielleicht die Exzentrizität.

Der Orbit der Erde kann deshalb "Zentimetermässig" nicht gleich bleiben.

Wenn AU wächst und die kleine Halbachse entsprechend abnimmt, könnte die mittlere Radar-Distanz Erde-Sonne gleich bleiben. In AU gemessen natürlich nicht, da würde sie kleiner. Allerdings kann man sich fragen, ob es sinnvoll ist, hier weiterhin mit einer veränderlichen AU zu messen.

BTW, ich habe eine Antwort von Iorio bekommen, aber ich versuche gerade noch, daraus schlau zu werden, bevor ich mich wieder melde.

Hast du ihn auch auf die horrende DM-Dichte angesprochen?

Orbit

 

[Bynaus]

Nochmals zur Erklärung: Die AU ist definiert als die Sonnenentfernung eines masselosen Partikels, das auf einer kreisförmigen Bahn um die Sonne kreist und dabei genau 0.017 202 098 95 rad pro Tag (zu 86400 SI-Sekunden) voran kommt.

http://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_unit

Wenn nun die Masse der Sonne (oder die Gravitationskonstante G) zunimmt, muss der Orbit eines Planeten schrumpfen. Bei einer höheren Sonnenmasse muss sich aber obengenanntes masseloses Partikel weiter aussen befinden, damit es immer noch "genau 0.017 202 098 95 rad pro Tag (zu 86400 SI-Sekunden) voran kommt". Deshalb wächst die definierte AU, wenn die Orbits der Planeten schrumpfen, und umgekehrt (bei grösserer Masse muss ein Partikel auf einem gegebenen Orbit schneller kreisen, um sich auf seiner Bahn halten zu können). Der Massenverlust der Sonne durch Sonnenwind und Fusion führt zu einem Anwachsen der Orbits und zu einem Schrumpfen der wie oben definierten AU um 0.3 m pro Jahrhundert. Beobachtet wird (mit relativ grossen Fehlern) aber ein Anwachsen der AU von rund 5 m pro Jahrhundert.

EDIT @Orbit: Nein, kannst du das kurz erläutern? Ich bin daran, meine Antwort zusammenzustellen.

 

[Orbit]

EDIT @Orbit: Nein, kannst du das kurz erläutern? Ich bin daran, meine Antwort zusammenzustellen.

Hallo Bynaus
Wenn die Sonne in 4.5 Gy 2% ihrer Masse oder 4E28 kg als DM absorbiert, muss mindestens so viel DM in einem zylindrischen Korridor vorhanden sein, dessen Grundfläche die Querschnittfläche der Sonne ist und dessen Länge sich aus der Umlaufgeschwindigkeit der Sonne ums galaktische Zentrum, mutipliziert mit der Laufzeit ergibt:
rho = M/V = 4E28 kg/ {(7E8 m)^2*pi*220'000 m/s*1.42E17 s} = 8.3E-13 kg/m^3.
Diese Dichte wäre viele Millionen mal höher als die heutige BM-Dichte in der galaktischen Scheibe.
In meiner Überschlagsrechnung im Beitrag 13 habe ich mich etwas vertan, indem ich dort vom Milliardenfachen gesprochen habe. Allerdings ist dieser Wert letztlich gar nicht so unrealistisch; denn die Rechnung hier geht davon aus, dass alle DM absorbiert und die Sonne dadurch um 2% schwerer würde. Bei der von L.Iorio angegebenen Obergrenze von 5% wären wir bereits bei einem Faktor von 100 Millionen, und eine 100%ige Absorption kann ich mir sowieso nicht vorstellen.

Orbit

 

[Bynaus]

Wenn die Sonne in 4.5 Gy 2% ihrer Masse oder 4E28 kg als DM absorbiert, muss mindestens so viel DM in einem zylindrischen Korridor vorhanden sein, dessen Grundfläche die Querschnittfläche der Sonne ist und dessen Länge sich aus der Umlaufgeschwindigkeit der Sonne ums galaktische Zentrum, mutipliziert mit der Laufzeit ergibt

(Hervorhebung durch mich)

Ich glaube nicht, dass das ein "mindestens" sein muss, eher ein höchstens. Die Sonne durchfährt zwar mindestens diesen Raum und nimmt alles auf, was sich darin befindet. Wenn der "Sammelraum" der Sonne aber deutlich grösser ist (etwa durch gravitative Fokussierung), dann sinkt die benötigte, durchschnittliche DM-Dichte. Wenn das Sammelvolumen "viele Millionen Mal" höher ist als die beobachtete DM-Dichte, dann hebt sich das gerade wieder auf.

Ich habe nochmals im Paper nachgesehen, und wie es scheint, bestreitet das Iorio im Übrigen gar nicht (Hervorhebungen durch mich).

Nowadays, it is evaluated that the local DM density in the solar system is several orders of magnitude higher than the mean Galactic value [10] so that it could be imagined that the solar system is surrounded by a local subhalo, a suggestion reinforced by recent simulations [11]. Several processes have been postulated to clump DM in the solar system [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]; according to Ref. [20, 21], the existence of the solar system itself might be evidence for a local subhalo. Several studies have been dedicated to placing bounds on the local distribution of DM in our solar system from orbital motions of natural major and minor bodies and artificial probes [22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 20, 34, 35], and electromagnetic wave propagation [36]. It has also been suggested that some proposed and approved space-based missions for fundamental physics may be used to search for local distributions of DM as well [37, 38]. Apart from directly affecting orbital motions and electromagnetic waves propagation, DM may also have other effects on the solar system’s bodies: for example, it may concur to form main-sequence stars like the Sun [39] and accrete on the major planets [40, 21], and affect their internal heats [41, 42]. According to Ref. [40], during its journey along the Galaxy since its birth 4.5 Gyr ago the solar system would have encountered about 203M of DM. In Ref. [39] it is stated that the upper limit to the amount of gravitating DM in the Sun would be 2 − 5% of the total solar mass; by assuming that it somehow accumulated during the Sun’s lifetime2, it is possible to infer a mass increase rate of M*/M = 4.4−11×10−12 yr−1.

Von da an verwendet er diesen Wert von 2-5%.

 

[Graviton]

Nur eine kleine Anmerkung...

Nocheinmal:
1) Die Beobachtung ist, die AE wächst, rund 5 cm / Jahr. Das heisst, der Orbit der Erde schrumpft um denselben Betrag.

Nein, nicht um den selben Betrag.

Die folgende "Erklärung" wird nämlich der Sachlage hier gar nicht gerecht:

Wenn der Masstab wächst, schrumpfen die Distanzen, welche man damit misst.

Grüße,
Florian

 

[Orbit]

Hallo Bynaus
Was versteht man unter 'gravitativer Fokussierung'?

Wenn das Sammelvolumen "viele Millionen Mal" höher ist als die beobachtete DM-Dichte, dann hebt sich das gerade wieder auf.

Erstens erhöht Iorio die zur Verfügung stehende Masse von 0.02 Sonnenmassen auf 203. Das erhöht die Dichte um den Faktor 1e4. Wenn das 'Einzugsgebiet' um den Faktor 1e8 erhöht würde ...

Sammelvolumen "viele Millionen Mal"

...dann kämen wir immer noch auf ein Verhältnis BM/DM von 1 zu 1000 in diesem Korridor.
Zwar wird heute in einem astronews-Artikel ein DM-Schleuder-Modell vorgestellt, das die Vorstellung zulässt, dass der Anteil an DM in der galaktischen Scheibe früher grösser gewesen sei. Der Faktor 1000 würde aber bei weitem nicht reichen; denn mit dem ergäbe sich nur das zeitliche Mittel. Der DM-Anteil in der Scheibe geht heute aber gegen Null.

Orbit

 

[Bynaus]

Was versteht man unter 'gravitativer Fokussierung'?

Stell dir zwei Partikel vor, die der Erde entgegen kommen. Eines davon liegt exakt auf dem "Querschnitt-Zylinder", eines davon ausserhalb. Mit Hilfe der Gravitation kann das Teilchen ausserhalb die Erde immer noch treffen (weil es von seiner Bahn abgelenkt wird), während das andere immer trifft. Die Fokussierung hängt von Masse, Radius und Relativgeschwindigkeit ab.

Erstens erhöht Iorio die zur Verfügung stehende Masse von 0.02 Sonnenmassen auf 203

Wie meinst du das?

Er spricht im Paper von einem "Sub-Halo", der eine um das ~10^6-fache höhere Dichte hat, das Sonnensystem umgibt (er beruft sich dabei auf andere Quellen). Ich nehme an, die Idee ist, dass die DM der Sonne aus diesem Sub-Halo kommt (dann hätte sie wenig bis gar nichts mit dem zurückgelegten Weg in der Galaxis zu tun).

Der DM-Anteil in der Scheibe geht heute aber gegen Null.

Ist das so? Ich glaube mich an anderes zu erinnern... (aber das müsste ich jetzt erst mal wieder suchen).

 

[Nathan5111]

Nochmals zur Erklärung: Die AU ist definiert als die Sonnenentfernung eines masselosen Partikels, das auf einer kreisförmigen Bahn um die Sonne kreist und dabei genau 0.017 202 098 95 rad pro Tag (zu 86400 SI-Sekunden) voran kommt.

Na klar, so wird ein Schuh daraus!

Äh, wie überrede ich ein masseloses Partikel, eine gravitative Bahn einzunehmen?

 

[Bynaus]

Oh, erst jetzt gesehen:

@Graviton:

Nein, nicht um den selben Betrag.

Könntest du das erklären? Wäre sehr hilfreich.

@Nathan5111:

Äh, wie überrede ich ein masseloses Partikel, eine gravitative Bahn einzunehmen?

Frag mal ein Photon. Ob das Partikel masselos ist oder nicht, spielt an sich keine grosse Rolle, die Betrachtung wird nur einfacher.

 

[Graviton]

@Graviton:
Könntest du das erklären? Wäre sehr hilfreich.

Eigentlich könnte man anders fragen: Warum sollten sie sich um genau den gleichen Betrag verändern? (AU und r eines Probekörpers.)

Hab grad nichts zum Schreiben dar, aber im Kopf überschlagen müssten sich die Differentiale dAU und dr um eine kleine ganze Zahl unterscheiden.

dr (negativ bei Massenzuwachs des Zentralkörpers) ergibt sich in erster Näherung unter der Nebenbedinunge L=const. und hat eine physikalisch anschauliche Bedeutung.

dAU ergibt sich direkt aus der Definition von AU (omega=const. bzw. T=const.) - ist also einzig ein Effekt der Def. von AU und hat damit keine "tiefere" physikalisch-anschauliche Bedeutung.

Wegen L=const. <!=> omega=const. ist dAU != (-)dr.

(Wie gesagt, die Vorstellung "Wenn der Masstab wächst, schrumpfen die Distanzen" ist hier vollkommen unpassend - würde aber übrigens auch nicht zu dAU = -dr führen.)

Grüße,
Florian

 

[Bynaus]

Hab grad nichts zum Schreiben dar, aber im Kopf überschlagen müssten sich die Differentiale dAU und dr um eine kleine ganze Zahl unterscheiden.

Interessant wäre das, wenn es die Diskrepanz zwischen den von Iorio angenommenen r-Veränderungs-Raten (10 m/yr) und dem Wachstum der AU (0.05 m/yr) erklären könnte. Anders gesagt: wenn ein Wachstum der AU um 0.05 m/yr durch eine Schrumpfung des Erdorbits um 10 m/yr erklärt würde, wäre die eingangs Thread erwähnte Diskrepanz erklärt.