Ciemna materia zabiła dinozaury?

[KopalniaWiedzy.pl 365]

Dwoje fizyków z Uniwersytetu Harvarda zaproponowało niezwykle interesującą teorię dotyczącą zagłady dinozaurów. Ich zdaniem, do wyginięcia gadów miała przyczynić się... ciemna materia.

 

Meteoryty regularnie bombardują powierzchnię Ziemi. Przed trzydziestu laty pojawiła się teoria, że bombardowanie to odbywa się cyklicznie, a jego przyczyną jest oddziaływanie Słońca oraz niewykrytej jeszcze gwiazdy, której oddziaływanie miałoby wypychać komety z Obłoku Oorta w kierunku wewnętrznych obszarów Układu Słonecznego.

 

Fizycy teoretyczni z Harvarda, Lisa Randall i Matthew Reece, zaproponowali hipotezę wyjaśniającą regularność bombardowania naszej planety. Ich zdaniem jest ona spowodowana sposobem, w jaki Słońce podróżuje przez galaktykę. Słońce, a wraz z nim Układ Słoneczny, podążając śladem Ramienia Oriona wokół centrum galaktyki, poruszają się w górę i w dół przekraczając płaszczyznę galaktyki. Zdaniem Randall i Reece'a w czasie ruchu góra-dół Słońce przechodzi przez gęstszy obszar ciemnej materii. Grawitacja tej materii wpływa na komety w obłoku Oorta, kierując je w stronę naszej planety.

 

Uczeni twierdzą, że cienki dysk ciemnej materii mógłby wywoływać na tyle silny efekt grawitacyjny, iż co około 35 milionów lat w stronę wewnętrznych części Układu Słonecznego przemieszczałaby się duża liczba komet.

 

Zwykle uznaje się, że ciemna materia bardzo słabo oddziałuje, więc nie byłaby w stanie wywołać efektu opisywanego przez Randall i Reece'a. Jednak ci sami uczeni w ubiegłym roku wysunęli hipotezę dotyczącą ciemnej materii. Próbując wyjaśnić pewne dane uzyskane z Teleskopu Fermiego, teoretyzują, że istnieje dysk ciemnej materii, którego grubość wynosi 35 lat świetlnych, a gęstość – 1 masę słoneczną na rok świetlny do kwadratu.

 

Naukowcy sami przyznają, że ich hipoteza opiera się na słabych dowodach. Stworzyli jednak model komputerowy, w którym wzięli pod uwagę zarówno założony przez siebie cykl bombardowania co 35 milionów lat, jak i dane dotyczące kraterów uderzeniowych o średnicy ponad 20 kilometrów, które powstały na Ziemi w ciągu ostatnich 250 milionów lat. Z modelu wynika, że zgodność wieku kraterów z hipotezą o bombardowaniu co 35 milionów lat jest 3-krotnie większa niż statystyczny przypadek.

 

Inni naukowcy, którzy nie brali udziału w pracach Randall i Reece'a, zwracają uwagę na to, że ich hipoteza opiera się na bardzo słabych podstawach. Przyznają, że istnienie dysku ciemnej materii jest jednym z możliwych wyjaśnień, ale tak naprawdę nie wiadomo, czy cokolwiek by to wyjaśniało.

[rs1958 6]

Stwierdzenie "zwykle uznaje się, że ciemna materia bardzo słabo oddziałuje" jest nieco mylące. Hipoteza o ciemnej materii powstała w wyniku braku możliwości wyjaśnienia ruchów gwiazd w galaktykach i samej spoistości galaktyk, obserwacji których nie dało się wyjaśnić za pomocą oddziaływań grawitacyjnych znanej materii tworzącej galaktyki. Było jej po prostu za mało. Uznano więc że może istnieć ciemna materia, oddziałująca grawitacyjnie tak jak znana materia barionowa, ale niewykrywalna dostępnymi metodami obserwacyjnymi. Tak więc oddziaływanie grawitacyjne ciemnej materii jest słabe, tak jak słabe jest oddziaływanie grawitacyjne materii zwykłej. Słabe ale w skali galaktyki i wszechświata - dominujące. Natomiast określenie że ciemna materia oddziałuje bardzo słabo odnosi się do oddziaływań elektromagnetynczych i silnych. Konsekwencją tego jest trudność (na dziś niemożliwość) zaobserwowania oddziaływania ciemnej materii z cząstkami materii zwykłej, zarówno w skali laboratoryjnej, jak i obserwacji jakichś efektów takich oddziaływań w skali kosmicznej.

[Astroboy 34]

Bardzo cenna uwaga, dodałbym tylko, że z tą uznaniowością to zbyt miękkie sformułowanie. Fakty zmusiły raczej do tej hipotezy.

Przy okazji, jakoś nie bardzo pasuje mi ta cykliczność 35 mln lat. Przecież okres galaktyczny Słońca to jakieś 230 mln lat.

[pogo 102]

230 mln to rok galaktyczny. Natomiast tu chodzi o oscylacje orbity w górę i w dół względem płaszczyzny galaktyki. Może oprócz centrum galaktyki krążymy też w grupie kilku gwiazd w innej płaszczyźnie? Ale o tym to nigdy nic nie słyszałem...

[rs1958 6]

Też jestem tego zdania, że jest to efekt oscylacji prostopadłych do płaszczyzny Galaktyki. Wytłumaczenie tego efektu nie jest skomplikowane. Materia jest skupiona w pobliżu płaszczyzny Galaktyki. W związku z tym, na każde ciało oddalone od tej płaszczyzny będzie działać siła grawitacji ze składową prostopadłą do tej płaszczyzny i skierowanę w stronę płaszczyzny Galaktyki. W dodatku, przynajmniej w pewnym zakresie odchyleń od płaszczyzny Galaktyki, siła ta będzie rosła wraz z odległością od niej. No i mamy wszystko co trzyba aby przyrządzić oscylator (prawie) harmoniczny, może nie bardzo liniowy, ale to nie przeszkadza. Obiekt taki będzie wykonywał drgania okresowe prostopadle do płaszczyzny Galaktyki, a jego okres drgań nie ma nic wspólnego z okresem obrotu Galaktyki. Znając profil gęstości materii w Galaktyce, można wyliczyć okres tych drgać, No i pewnie znowy zabrakło materii (tej zwykłej), aby ten okres drgań zgadzał się z przewidywanym, właśnie z tych - powiedzmy że - okresowych katastrof.

[Astroboy 34]

Panowie, nieco się zagalopowaliście. Oryginał:

http://arxiv.org/pdf/1403.0576v1.pdf

i mały wyjątek z tej pracy:

"We use a one-dimensional model of the Sun's motion through the galaxy, assuming small vertical oscillations around a circular orbit ..."

podkreślenie moje.

Cykliczność ok 120 mln lat byłaby naturalna, tylko o to mi chodziło.

 

P.S. Mariusz. Dałbym namiar na ten obrazek, przemawia do wyobraźni:

http://www.nature.com/news/milky-way-galaxy-nature-jpg-jpeg-7.15966?article=1.14839

[Usher 22]

Cykliczność ok 120 mln lat byłaby naturalna, tylko o to mi chodziło.

Dałbym namiar na ten obrazek, przemawia do wyobraźni: http://www.nature.co...article=1.14839

Akurat ta ilustracja przedstawia oscylacje występujące kilkanaście razy w ciągu jednego obiegu wokół centrum galaktyki, czyli z półokresem nawet krótszym niż podane 35 mln lat (ok. 3,3 pełnych oscylacji na jeden obieg). Poza tym nie przedstawiłeś argumentów za synchronizacją tych oscylacji z ruchem obiegowym. Moim zdaniem do synchronizacji jeszcze nie doszło.

[Astroboy 34]

Ta ilustracja jest poglądowa (stworzył ją zapewne grafik, nie astrofizyk). Rzeczowy wykres znajdziesz w oryginalnej pracy na arXiv (link podałem).

Synchronizacja? Proszę bardzo. Wystarczy, że orbita Słońca będzie nachylona pod bardzo niewielkim

kątem (amplitudę tych oscylacji autorzy określają na mniej niż zaledwie 100 pc) do dysku.

Bez jakichkolwiek oscylacji mamy dwa zaburzenia obłoku Oorta na jeden rok galaktyczny (mam to samo co autorzy, fakt, z dłuższym okresem, ale o jedno założenie mniej).

 

Poleciłbym przed dalszą dyskusją analizę pierwszych zdań pracy.

 

Edit: aż się dziwię, że nikt nie wytknął:

a gęstość – 1 masę słoneczną na rok świetlny do kwadratu.

Jest to dodatkowo sprzeczne z obserwacjami (dysk mamy niedaleko), bo gęstość DM w okolicach Słońca to (0 \pm 1) mili mas Słońca na pc^3 (http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1217/eso1217.pdf) czyli (0 \pm 0,03) mili mas Słońca na rok świetlny do sześcianu.

 

Edit2: czekam, nikt nie odpowiada. Zatem nikt nie wytknął, bo wszyscy przeanalizowali publikacjię i wiedzą doskonale, że parametrem modelu była gęstość powierzchniowa dysku DM.

[rs1958 6]

W dokumencie:

http://arxiv.org/pdf/1403.0576v1.pdf

widać, że pionowe oscylacje Słońca względem płaszczyzny Galaktyki mają okres ok. 3,5 raza mniejszy od roku galaktycznego. Czyli przejścia przez płaszczyznę galaktyki zachodzą co ok. 35 mln lat. Opisany jest również mechanizm fizyczny tego zjawiska. Jak widać te wahania pionowe w ruchu Słońca nie wynikają z jego ruchu orbitalnego w Galaktyce i wcale nie muszą być w jakikolwiek sposób z nim zsynchronizowane. Orbita ciała jest krzywą płaską tylko dla układu dwóch ciał. Tu mamy układ wielu ciał, lub w pewnym przybliżeniu ciało punktowe (Słońce) i Galaktyka traktowana jako obiekt rozciągły o zmiennej gęstości objętościowej (lub nawet w grubszym przybliżeniu jako płaski dysk o pewnej gęstości powierzchniowej). Dynamika takiego ruchu jest "trochę" trudniejsza do opisania matematycznego.

Ja ze swej strony dorzucę to co znalazłem w sieci na temat tego zjawiska.

http://iopscience.iop.org/0004-637X/626/2/844/fulltext/61945.text.html

Tekst z The Astrophysical Journal, Wydawnictwa The American Astronomical Society.

Zwłaszcza ciekawy rysunek 1. na którym widać zmiany położenia pionowego w stosunku do płaszczyzny Galaktyki oraz odległości radialnej od centrum na tle ruchu kątowego Słońca w Galaktyce. Stosunek tych okresów jest róznież podobny, ok. 3,5 okresów drgań pionowych do okresu obiegu.

Oraz drugi tekst:

http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1966ZA.....64..457I&db_key=AST&page_ind=0&plate_select=NO&data_type=GIF&type=SCREEN_GIF&classic=YES

podobne wykresy.

 

[Astroboy 34]

Oraz drugi tekst: http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?bibcode=1966ZA.....64..457I&db_key=AST&page_ind=0&plate_select=NO&data_type=GIF&type=SCREEN_GIF&classic=YES podobne wykresy.

 

Ta publikacja z 1966 r. mnie wzuszyła. Cytowano powszechnie Allena.

Nie do końca, trochę różne wykresy...

 

Ja ze swej strony dorzucę to co znalazłem w sieci na temat tego zjawiska. http://iopscience.iop.org/0004-637X/626/2/844/fulltext/61945.text.html

Tak, bardzo interesująca praca. Gratuluję, Kolega odrobił lekcję celująco. Mają różnicę ok. 4 mln lat, ale podobieństwo nie dziwi - metodologia podobna. Chciałbym tylko zwrócić uwagę, że wysokość Słońca w tej drugiej pracy liczona przez "całkowanie wstecz" z przyjęciem realistycznego modelu potencjału grawitacyjnego Galaktyki, przy którym nikt nie zająknął się o jakimś dysku DM, daje właściwie to samo. Po tej pobieżnej analizie wzrosło tylko moje przekonanie, że publikacja o której mówimy jest dyskusyjna...

 

Edit: ale metodologia niezła. Co najbardziej "kręci" ludzi jeśli chodzi o naukę (chodzi mi o "medialność")? Astronomia i dinozaury. A jeśli jedno i drugie połączyć w pojedynczej pracy?

[Usher 22]

Jak widać te wahania pionowe w ruchu Słońca nie wynikają z jego ruchu orbitalnego w Galaktyce i wcale nie muszą być w jakikolwiek sposób z nim zsynchronizowane.

Zdaję sobie z tego sprawę. Jednak wzajemne oddziaływania niezależnie od ich pochodzenia mogą doprowadzić do zjawisk rezonansowych skutkujących synchronizacją pewnych cykli, na co zwrócono uwagę we wskazanym poniżej tekście.

Ja ze swej strony dorzucę to co znalazłem w sieci na temat tego zjawiska.

http://iopscience.iop.org/0004-637X/626/2/844/fulltext/61945.text.html

W końcowych akapitach wskazanego tekstu jest wyraźne zastrzeżenie, że budowa dokładniejszego modelu ruchu wymaga uwzględnienia rezonansów:

The resolutionof this dilemma mayrequire more advanced dynamicalmodels that can accommodatedifferences between pattern speedsin the inner andouter parts of theGalaxy (for example, a possible resonance between thefour-armed spiral pattern movingwith _p = 15km s^-1 kpc^-1 anda "two-armed" inner barmoving with _p =60 km s^-1 kpc^-1;Bissantz et al. 2003).

Trzeba dodać, że synchronizacja nie jest natychmiastowa; potrzeba wielu cyklów oddziaływań, czyli miliardów lat.

[Usher 22]

Wystarczy, że orbita Słońca będzie nachylona pod bardzo niewielkim kątem (amplitudę tych oscylacji autorzy określają na mniej niż zaledwie 100 pc) do dysku. Bez jakichkolwiek oscylacji mamy dwa zaburzenia obłoku Oorta na jeden rok galaktyczny (mam to samo co autorzy, fakt, z dłuższym okresem, ale o jedno założenie mniej).

A jakieś fakty z historii Ziemi potwierdzające taką cykliczność?

[Astroboy 34]

A jakieś fakty z historii Ziemi potwierdzające taką cykliczność?

Oczywiście, że nie. Ale przecież był to naprędce sklecony "toy model".

 

Jak widać te wahania pionowe w ruchu Słońca nie wynikają z jego ruchu orbitalnego w Galaktyce i wcale nie muszą być w jakikolwiek sposób z nim zsynchronizowane.

Zdaję sobie z tego sprawę. Jednak wzajemne oddziaływania niezależnie od ich pochodzenia mogą doprowadzić do zjawisk rezonansowych skutkujących synchronizacją pewnych cykli, na co zwrócono uwagę we wskazanym poniżej tekście.

Wynikają. Kolejny "toy model": między dwie równoległe deski wstrzeliwujemy kulkę. Jej prędkość nachylona jest pod pewnym kątem do osi desek. Torem jest krzywa piłokształtna o pewnym okresie. Następną kulkę wstrzeliwujemy z tą samą wartością prędkości, ale pod innym kątem. Okres w tym wypadku będzie przecież inny.

Znajomość aktualnego wektora prędkości Słońca w tej zabawie jest kluczowa, a wcale nie jest to oczywista rzecz.

[Usher 22]

Wynikają. Kolejny "toy model"

Mogą wynikać, ale zapewne można też zaprezentować modele, z których nie wynikają.

Po raz kolejny powtarzam: Uważaj na nisko przelatujące kwantyfikatory.

[Astroboy 34]

ale zapewne można też zaprezentować modele, z których nie wynikają.

Nie mozna, gdyż te oscylacje są elementem ruchu orbitalnego. Orbita jest krzywą stożkową np. w przypadku potencjału centralnego, ale grawitacyjny potencjał Galaktyki ma z pewnością inny charakter.

Czy to jakiś dogmat, by myśleć o orbicie jako o elipsie?

 

Po raz kolejny powtarzam: Uważaj na nisko przelatujące kwantyfikatory.

Mam taki długi czarny płaszcz. Jest całkowicie kwantyfikatoroodporny.

[Usher 22]

Czy to jakiś dogmat, by myśleć o orbicie jako o elipsie?

To jest Twój chochoł, to Ty wskazałeś początkowe założenia "small vertical oscillations around a circular orbit" i obrazek z ruchem po elipsie, który nazwałeś dobrą ilustracją. Pisałem o ruchu, a nie o orbicie, i zwracałem uwagę na nieustabilizowany charakter ruchu wskutek wzajemnych oddziaływań. Być może ruch przebiega po spirali.

 

Mam taki długi czarny płaszcz. Jest całkowicie kwantyfikatoroodporny.

W takim razie zginiesz od własnej broni.

Bardzie serio - to jest podejście całkowicie nienaukowe. Zmień fora albo nie wychodź z wora.

[Astroboy 34]

Zmień fora albo nie wychodź z wora.

Jeśli Ty dalej o worze pokutnym, to chciałem Cię poinformować, że nigdy doń nie wchodziłem. Nie mam jakiegokolwiek poczucia winy, cierpienia nie odbieram jako czegoś co uszlachetnia, a do samobiczowania czuję odrazę. Jeśli nie przygniótł Cię jakiś kwantyfikator, to polecam właśnie wyjść z wora, spojrzeć na przecudne popołudnie, uśmiechniętych ludzi (tak, bywają tacy), i samemu uśmiechnąć się do siebie. Bo nikt nie da Ci gwarancji, że dostaniesz cokolwiek innego, niż TA właśnie chwila.

 

Co do reszty, moja wiedza rozwijała się w trakcie tej dyskusji (chyba o to przecież chodzi). Jeśli masz z tym problem, to już chyba jesteś przypadkiem bez jakichkolwiek rokowań.

 

Miłego dnia.

[.:KRUK:. 1]

Dyskusja o czymś, czego być może nawet nie ma, a między ludźmi już rodzą się podziały. No normalnie nauka zaczyna dorównywać religii

[Astroboy 34]

Zawsze tak było, bo naukowcy też są ludźmi. Ale z dorównywaniem to nadinterpretacja.

Polecam historię nauki. Wypieki na twarzy gwarantowane.

[.:KRUK:. 1]

Tak, tak, ja tu już często polecałem szczególnie ujęcie Thomasa Kuhna.

W inny sposób ciekawie przedstawia ten proces James Burke, znany m.in. z serialu "Connections".

[Astroboy 34]

Można bliżej, jeśli łaska, bo nie chce mi się (szczerze przyznam) szukać?

 

Edit: jednak poszukałem i poniekąd się zgadzam. W kwestii ciemnej materii to właśnie tak wygląda, produktywność maksymalna, ale wszystko czeka na jedno podmycie jakiegoś brzegu. Swoją drogą, tak przypominają mi się pewne myśli mistrza Lema, to On właśnie pisał o nauce jak o rzece. Nie wiem, kto był pierwszy, czy Kuhn (1962), czy Lem, który miał ograniczony w tym czasie kontakt ze swobodną wymianą myśli. Ale nie mogłeś zacząć od Lema?

[tommy2804 1]

Tą cykliczność próbowano tłumaczyć słabo świecącą towarzyszką Słońca (o wdzięcznej nazwie Nemezis), a ostatnio karierę robiła teoria o gazowym gigancie na obrzeżach Układu Słonecznego, który zakłócałby orbity komet z Obłoku Oorta, kierując je ku wewnętrznej jego części.

[Astroboy 34]

a ostatnio karierę robiła teoria o gazowym gigancie na obrzeżach Układu Słonecznego

O gazowym olbrzymie Tommy, OLBRZYMIE!