Que mecanismo causa oscilações da órbita do sistema solar sobre o plano galáctico?

Em um artigo recente ( comunicado de imprensa aqui ), Lisa Randall e Matthew Reece propõem que um disco de matéria escura coincidindo com o plano galáctico, juntamente com as oscilações do sistema solar através do plano galáctico, possa explicar a periodicidade de 35 milhões de anos em extinções em massa. Eles propõem que o sistema solar atravesse esse disco de matéria escura no plano galáctico a cada 35 milhões de anos, interrompendo corpos na nuvem de Oort e fazendo com que alguns colidam com a Terra. Uma imagem dos ciclos propostos no comunicado de imprensa está abaixo.

Minha pergunta é: Qual mecanismo é responsável por essa oscilação de 35 milhões de anos sobre o plano galáctico? Existe um corpo companheiro para o sol? Estamos orbitando em torno de um dos braços de nossa galáxia? Esse é um fenômeno bem conhecido ou eles estão propondo a oscilação de 35 milhões de anos e o disco de matéria escura?

A causa das oscilações perpendiculares ao plano galáctico é a gravidade da distribuição de massa não esférica (necessária para a elipse Kepler do plano ) na Via Láctea. Simplificado, existe um plano galáctico denso. A densidade não é exatamente conhecida; portanto, há alguma incerteza (alguns milhões de anos) sobre o período preciso da oscilação. Detalhes, consulte este artigo , subseção 3.3.

A idéia de uma correlação de extinções em massa com essa oscilação não é nova, ela se origina provavelmente em 1970 ou antes.

"O sistema solar externo provavelmente não contém um grande planeta gigante gasoso ou uma pequena estrela companheira", veja este comunicado à imprensa .

Provavelmente não estamos orbitando em torno de um braço espiral.

O disco da matéria escura é uma hipótese, uma idéia para investigar. Normalmente, apenas uma pequena fração desse tipo de hipóteses pode ser confirmada definitivamente mais tarde, a maioria delas pode ser descartada após algum tempo, algumas permanecem sem solução, outras podem ser refinadas para corresponder às observações.

Eu postei uma resposta para isso no Physics SE recentemente, mas também tive uma consulta sobre isso de outra resposta do Astronomy SE , por isso estou adicionando isso aqui para completar.

Você pode aproximar o plano da galáxia como um disco composto de estrelas e gás, com uma densidade , que diminui com a distância absolutado avião.| z $\rho(|z|)$$|z|$

Se então assumir que o Sol está próximo o suficiente para e que a variação radial em foi desprezível o suficiente para tratar o disco como um plano infinito (isso não é ruim, a amplitude do movimento do Sol é apenas cerca de 10% da o comprimento da escala radial da densidade do disco), então você pode construir um pequeno cilindro através do plano, com uma face em , onde , e usar a lei de Gauss para a gravidade para estimar a aceleração gravitacional na altura . ρ z = 0 g = 0 z g ( z ) ≃ - 4 π G ∫ z 0 ρ ( z ) d $z=0$$\rho$$z=0$$g=0$$z$

Isso efetivamente decompõe a órbita do Sol em uma órbita radial / tangencial mais um movimento vertical, que trato aqui.

Agora aproxima de uma função decaída exponencialmente com uma altura de escala de talvez 200-300 pc. Se estivermos mais próximos de que isso, então a densidade é aproximadamente uma constante . Colocando isso na equação acima, vemos que Mas este é apenas um movimento harmônico simples com uma frequência angular .z = 0 ρ 0 g ( z ) = - 4 π G ρ 0 z . $\rho(z)$$z=0$$\rho_0$

A densidade do disco próximo ao Sol foi estimada em 0,076 massa solar por parsec cúbico ( Creze et al. 1998 ). Usando esse valor, obtemos um período de oscilação previsto aproximado para cima e para baixo no plano do disco de 95 milhões de anos. Isso é bem próximo do valor aceito de 70 milhões de anos, considerando as aproximações que foram feitas.

No contexto da pergunta que você faz, devo acrescentar que a densidade de massa que cito acima é na verdade derivada das posições e movimentos das estrelas na vizinhança solar. Como o artigo que referenciei discute, o valor que eles obtêm se aproxima do valor obtido pela contagem de estrelas e pela adição de contribuições de gás e poeira. Na verdade, existem poucas evidências de matéria escura no disco a partir dessas medidas.

Esse resultado é totalmente consistente com a idéia de uma distribuição de matéria escura que é 10x a massa visível, mas aproximadamente esférica simétrica, e que é responsável pela curva de rotação da Via Láctea. Muito desta matéria escura não está no disco.

Finalmente, a imagem não está certa. O Sol completa apenas cerca de 3 oscilações verticais para cada órbita ao redor do centro galáctico.

Gravidade. Especificamente, a gravidade da massa de estrelas no disco.

À medida que subimos acima do disco, estamos diminuindo a velocidade. A amplitude do deslocamento vertical é de cerca de 70Pc, ou cerca de 110LY para cima, 110LY para baixo e vice-versa ao longo de cerca de 66 milhões de anos.

Além disso, passamos do perigalacticon (8.130PC, 26.100LY) para o apogalacticon (em torno de 9.040Pc 29.500LY) e vice-versa, durante um período de cerca de 170 milhões de anos.

Isso acontece devido à quantidade variável de massa contida no raio orbital variável. A posição vertical atual está 17LY acima do plano mediano e cruzou a última cerca de 3 milhões de anos atrás.

Estamos a cerca de 26.540LY do centro e alcançamos a perigalacticon em cerca de 15 milhões de anos.

A velocidade atual para Sol é 255,2 ± 5,1 km / s. Com relação ao Padrão Local de Descanso (velocidade média das estrelas na vizinhança), nossa velocidade possui 3 vetores. Para dentro 7,01 ± 0,20 km / s, para cima 4,95 ± 0,09 km / s e giratório (no sentido horário ao redor do centro) 10,13 ± 0,12 km / s.

Nota: meus dados são provenientes de várias fontes e podem não ser completamente precisos.

Além disso, a direção geral da velocidade de Sol não é para Vega. Dada a posição de Sgr A * RA Ascensão reta 17h 45m 40.0409s e Declinação -29 ° 0 ′ 28.118 ″, o movimento é 90 ° ao redor do disco ou 6 horas além da localização de Sgr A *, cerca de 23h 45m RA, no plano da galáxia, cerca de 55 ° de declinação. Apenas cerca de 25m RA a leste de e 4 ° sul de Caph (β Cassiopeia).

Essa oscilação é muito insignificante. A amplitude de oscilação no local galáctico é de 105 anos-luz no máx. Enquanto o Sol faz quase três dessas oscilações em uma rotação galáctica em um período de 240 milhões de LY. Isso significa que, ao viajar 40 MLY no plano galáctico, o sol atinge a amplitude máxima. Portanto, se você calcular o ângulo que o caminho sinusoidal faz com o plano galáctico, trata-se de Tan inverso (105LY / 40MLY) = 0,016 graus. Isso não é nada !!

Ok, faz muito sentido que a gravidade do disco da Via Láctea esteja puxando estrelas para cima e para baixo à medida que avançam em sua órbita circun-galáctica. Mas isso não explica por que observações recentes em 3-D das estrelas mais próximas usando o espectrógrafo FLAMES-GIRAFFE no Very Large Telescope do ESO e o espectrógrafo IMACS no Observatório Las Campanas mostraram uma estrutura de ondas definida nos movimentos das estrelas que orbitam a Galáctica avião. Em outras palavras, a maioria das estrelas do disco está se seguindo em uma corrente ou trem, como se estivesse balançando para cima e para baixo em uma CORRENTE. O que significa que eles certamente estão oscilando com a corrente. E isso foi previsto em 1978!

Nosso Sol produz um campo magnético que se estende ao longo do plano equatorial na heliosfera. Este campo se estende por todo o Sistema Solar, onde é chamado de "Campo Magnético Interplanetário". Em 1965, John M., Wilcox e Norman F. Ness publicaram suas descobertas da “Folha de corrente heliosférica”, que mostrava que o campo magnético rotativo do Sol produz constantemente ondas no plasma do meio interplanetário.

Essas ondas formam uma “espiral de Parker” e são descritas em termos de corrente eletromagnética, mas também são ondas mecânicas que fazem os próprios planetas oscilarem para cima e para baixo enquanto orbitam o sol. Em 1978, Hannes Alfven e Per Carlqvist sugeriram que existe uma “Folha de Corrente Galáctica” similar que carrega uma corrente elétrica de 10 ^ 17 a 10 ^ 19 amperes através do plano de simetria da Galáxia.

OK? Isso praticamente resolve o mistério da oscilação das estrelas da Via Láctea. Mas o problema aqui é que (ahem, tosse) Nosso sistema solar não faz parte do caminho leitoso. Em 1994, descobriu-se que na verdade somos parte da Galáxia Elíptica dos Anões Sagitário, ou Sag-DEG, que está em uma órbita POLAR de 500 milhões de anos ao redor da Via Láctea.

Você já se perguntou por que eles dizem que nosso Solar Apex está perto de Vega, mas o próprio Vega está se movendo em nossa direção quase duas vezes mais rápido do que em nossa direção ??? Bem, no final dos anos 80, foi descoberto que quase todas as estrelas que orbitam a Via Láctea parecem estar "chovendo" em nossa posição. O que poderia significar apenas que nosso Sistema Solar está se movendo para cima, fora da Via Láctea. Lamento informar vocês, mas mesmo que as estrelas da Via Láctea oscilem para cima e para baixo durante sua órbita de 250 milhões de anos, não fazemos parte dessa dança. Nosso próprio caminho nos levará ao alto da galáxia, com uma vista espetacular no apogalacticon, e depois voltaremos novamente.