Какой механизм вызывает колебания орбиты Солнечной системы относительно галактической плоскости?

Причиной колебаний, перпендикулярных галактической плоскости, является гравитация несферического распределения массы (необходимого для плоского кеплеровского эллипса ) в Млечном Пути. Упрощенно, есть плотная галактическая плоскость. Плотность точно не известна; поэтому существует некоторая неопределенность (несколько миллионов лет) относительно точного периода колебаний. Подробности смотрите в этой статье , подраздел 3.3.

Идея корреляции массовых вымираний с этим колебанием не нова, она восходит, вероятно, к 1970 году или ранее.

«Внешняя Солнечная система, вероятно, не содержит большой газовой планеты-гиганта или маленькой звезды-компаньона», см. этот пресс-релиз .

Вероятно, мы вращаемся не вокруг спирального рукава.

Диск темной материи — это гипотеза, идея для исследования. Обычно только малая часть таких гипотез может быть окончательно подтверждена позже, большинство из них можно исключить через некоторое время, некоторые остаются нерешенными, некоторые можно уточнить, чтобы они соответствовали наблюдениям.

Недавно я опубликовал ответ на этот вопрос на Physics SE, но также только что получил запрос по этому поводу из другого ответа Astronomy SE , поэтому я добавляю его здесь для полноты.

Вы можете аппроксимировать плоскость галактики диском, состоящим из звезд и газа, с плотностью$\rho(|z|)$, который уменьшается с абсолютным расстоянием$|z|$с самолета.

Если затем предположить, что Солнце находится достаточно близко к$z=0$и что радиальное изменение в$\rho$было достаточно незначительным, чтобы рассматривать диск как бесконечную плоскость (это неплохо, амплитуда движения Солнца составляет всего около 10% длины радиальной шкалы плотности диска), тогда вы могли бы построить небольшой цилиндр через плоскость, с одним лицом на$z=0$, куда$g=0$, и используйте закон Гаусса для гравитации , чтобы оценить ускорение свободного падения на высоте$z$.

Это эффективно разлагает орбиту Солнца на радиальную/тангенциальную орбиту плюс вертикальное движение, которое я рассматриваю здесь.

В настоящее время$\rho(z)$приближается к экспоненциально затухающей функции с высотой шкалы, возможно, 200-300 пк. Если мы ближе к$z=0$чем это, то плотность примерно постоянна$\rho_0$. Подставляя это в уравнение выше, мы видим, что

Плотность диска вблизи Солнца оценивается в 0,076 массы Солнца на кубический парсек ( Крез и др., 1998 ). Используя это значение, мы получаем приблизительный предсказанный период колебаний вверх и вниз по плоскости диска в 95 миллионов лет. Это довольно близко к принятому значению в 70 миллионов лет, учитывая сделанные приближения.

В контексте вопроса, который вы задаете, я должен добавить, что плотность массы, которую я цитирую выше, на самом деле выводится из положения и движения звезд в окрестностях Солнца. Как обсуждается в статье, на которую я ссылался, значение, которое они получают, близко к значению, полученному путем подсчета звезд и добавления вкладов газа и пыли. На самом деле из этих измерений мало свидетельств существования темной материи в диске .

Этот результат полностью согласуется с идеей о распределении темной материи, масса которой в 10 раз больше видимой, но примерно сферически симметрична, что объясняет кривую вращения Млечного Пути. Не так уж много этой темной материи находится на диске.

Наконец, картина не совсем правильная. Солнце совершает всего около 3 вертикальных колебаний за каждый оборот вокруг центра Галактики.

Сила тяжести. В частности, гравитация массы звезд в диске.

Двигаясь вверх над диском, мы замедляемся. Амплитуда вертикального смещения составляет около 70 пс, или около 110 св. лет вверх, 110 св. лет вниз и обратно в течение примерно 66 миллионов лет.

Кроме того, мы движемся от перигалактикона (8 130 ПК, 26 100 лет назад) к апогалактикону (около 9 040 ПК, 29 500 лет назад) и обратно в течение примерно 170 миллионов лет.

Это происходит из-за изменения количества массы, содержащейся в пределах переменного радиуса орбиты. Текущее вертикальное положение находится на 17 св. лет над срединной плоскостью, и последнее пересечение произошло около 3 миллионов лет назад.

Мы находимся примерно в 26 540 световых лет от центра и достигнем перигалактикона примерно через 15 миллионов лет.

Скорость течений для Солнца составляет 255,2 ± 5,1 км/с. По отношению к Местному Эталону Покоя (средняя скорость ближайших звезд) наша скорость имеет 3 вектора. Внутрь 7,01 ± 0,20 км / с, вверх 4,95 ± 0,09 км / с и по вращению (по часовой стрелке вокруг центра) 10,13 ± 0,12 км / с.

Примечание: мои данные взяты из разных источников и могут быть не совсем точными.

Кроме того, общее направление скорости Солнца не в сторону Веги. Учитывая положение Стрельца А* по прямому восхождению 17 ч 45 м 40,0409 с и склонению −29° 0′ 28,118″, движение составляет 90° по диску или 6 часов от положения Стрельца А*, около 23 ч 45 м по восходящему восхождению, в плоскости. галактики, около 55° склонения. Примерно в 25 м по восточноевропейскому времени к востоку и в 4° к югу от Кафа (β Кассиопея).

Это колебание очень незначительно. Амплитуда колебаний на галактическом месте составляет 105 световых лет при Макс. Тогда как Солнце совершает почти 3 таких колебания за один галактический оборот за период в 240 миллионов световых лет. Это означает, что, путешествуя 40 MLY по галактической плоскости, Солнце достигает максимальной амплитуды. Таким образом, если вы подсчитаете угол, который синусоидальный путь образует с галактической плоскостью, получится обратное значение Tan (105LY / 40MLY) = 0,016 градуса. Это ничего!!

Хорошо, вполне логично, что гравитация диска Млечного Пути притягивает звезды вверх и вниз, когда они движутся по своей окологалактической орбите. Но это не объясняет, почему недавние трехмерные наблюдения ближайших звезд с использованием спектрографа FLAMES-GIRAFFE на Очень Большом Телескопе ESO и спектрографа IMACS в обсерватории Лас-Кампанас показали определенную волновую структуру в движениях звезд, вращающихся вокруг Галактики. самолет. Другими словами, большинство звезд на диске следуют друг за другом в виде цепочки или шлейфа, как если бы они подпрыгивали вверх и вниз в ПОТОКЕ. Это означает, что они наверняка колеблются от тока. И это было предсказано в 1978 году!

Наше Солнце создает магнитное поле, вытянутое вдоль экваториальной плоскости в гелиосфере. Это поле простирается по всей Солнечной системе, где его называют «Межпланетным магнитным полем». В 1965 г. Джон М., Уилкокс и Норман Ф. Несс опубликовали свое открытие «Гелиосферного токового слоя», которое показало, что вращающееся магнитное поле Солнца постоянно создает волны в плазме межпланетной среды.

Эти волны образуют «спираль Паркера» и описываются в терминах электромагнитного тока, но они также являются механическими волнами, которые заставляют сами планеты колебаться вверх и вниз, когда они вращаются вокруг Солнца. В 1978 году Ханнес Альфвен и Пер Карлквист предположили, что существует аналогичный «Галактический токовый слой», несущий электрический ток от 10^17 до 10^19 ампер через плоскость симметрии Галактики.

Ok? Это в значительной степени решает загадку колебаний звезд Млечного Пути. Но проблема здесь в том, что (кхм, кхе-кхе) НАША СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЧАСТЬЮ МЛЕЧНОГО ПУТИ. В 1994 году было обнаружено, что мы на самом деле являемся частью карликовой эллиптической галактики Стрельца, или сокращенно Sag-DEG, которая находится на ПОЛЯРНОЙ ОРБИТЕ вокруг Млечного Пути с возрастом 500 миллионов лет.

Вы когда-нибудь задумывались, почему говорят, что наша Солнечная Вершина находится возле Веги, а сама Вега движется к нам почти в два раза быстрее, чем мы к ней??? Что ж, в конце 80-х годов было обнаружено, что почти все звезды, вращающиеся вокруг Млечного Пути, «проливаются дождем» на нашу позицию. Это может означать только то, что наша Солнечная система движется вверх, из Млечного Пути. Извините, что сообщаю вам, ребята, но хотя звезды Млечного Пути колеблются вверх и вниз в течение своей 250-миллионной орбиты, мы не участвуем в этом танце. Наш собственный путь проведет нас высоко над Галактикой, откуда открывается захватывающий вид на апогалактикон, а затем мы снова спустимся вниз.