¿Qué mecanismo causa las oscilaciones de la órbita del sistema solar sobre el plano galáctico?

La causa de las oscilaciones perpendiculares al plano galáctico es la gravedad de la distribución de masa no esférica (necesaria para una elipse plana de Kepler ) en la Vía Láctea. Simplificado, hay un plano galáctico denso. La densidad no se conoce con exactitud; por lo tanto, existe cierta incertidumbre (algunos millones de años) sobre el período de oscilación preciso. Detalles ver este artículo , subsección 3.3.

La idea de una correlación de extinciones masivas con esta oscilación no es nueva, se originó probablemente alrededor de 1970 o antes.

"El sistema solar exterior probablemente no contenga un gran planeta gigante gaseoso o una pequeña estrella compañera", consulte este comunicado de prensa .

Probablemente no estemos orbitando alrededor de un brazo espiral.

El disco de materia oscura es una hipótesis, una idea a investigar. Por lo general, solo una pequeña fracción de este tipo de hipótesis se puede confirmar definitivamente más tarde, la mayoría de ellas se pueden descartar después de un tiempo, algunas permanecen sin resolver, algunas se pueden refinar para que coincidan con las observaciones.

Publiqué una respuesta para esto en Physics SE recientemente, pero también acabo de recibir una consulta sobre esto de otra respuesta de Astronomy SE , por lo que estoy agregando esto aquí para completar.

Puedes aproximar el plano de la galaxia como un disco formado por estrellas y gas, con una densidad$\rho(|z|)$, que decrece con la distancia absoluta$|z|$del avión

Si entonces se supone que el Sol está lo suficientemente cerca como para$z=0$y que la variación radial en$\rho$era lo suficientemente insignificante como para tratar el disco como un plano infinito (esto no está mal, la amplitud del movimiento del Sol es solo alrededor del 10% de la longitud de la escala radial de la densidad del disco), entonces podrías construir un pequeño cilindro a través del plano, con una cara en$z=0$, dónde$g=0$, y use la ley de Gauss para la gravedad para estimar la aceleración gravitacional en la altura$z$.

Esto descompone efectivamente la órbita del Sol en una órbita radial/tangencial más un movimiento vertical, que trato aquí.

Ahora$\rho(z)$se aproxima a una función que decae exponencialmente con una altura de escala de quizás 200-300 pc. Si estamos más cerca$z=0$que eso, entonces la densidad es aproximadamente una constante$\rho_0$. Poniendo esto en la ecuación anterior, vemos que

Se ha estimado que la densidad del disco cerca del Sol es de 0,076 masa solar por parsec cúbico ( Creze et al. 1998 ). Usando este valor, obtenemos un período de oscilación predicho aproximado hacia arriba y hacia abajo a través del plano del disco de 95 millones de años. Esto está bastante cerca del valor aceptado de 70 millones de años considerando las aproximaciones que se han hecho.

En el contexto de la pregunta que hace, debo agregar que la densidad de masa que cito anteriormente en realidad se deriva de las posiciones y movimientos de las estrellas en el vecindario solar. Como se discute en el artículo al que hice referencia, el valor que obtienen es cercano al que se obtiene contando estrellas y sumando las contribuciones de gas y polvo. En realidad, hay poca evidencia de materia oscura en el disco a partir de estas mediciones.

Este resultado es completamente consistente con la idea de una distribución de materia oscura que es 10 veces la masa visible pero aproximadamente esféricamente simétrica, y que explica la curva de rotación de la Vía Láctea. No mucha de esta materia oscura está en el disco.

Finalmente, la imagen no es del todo correcta. El Sol completa solo unas 3 oscilaciones verticales por cada órbita alrededor del centro galáctico.

Gravedad. Específicamente, la gravedad de la masa de estrellas en el disco.

A medida que nos movemos hacia arriba por encima del disco, estamos disminuyendo la velocidad. La amplitud del desplazamiento vertical es de aproximadamente 70Pc, o aproximadamente 110LY hacia arriba, 110LY hacia abajo y viceversa durante unos 66 millones de años.

Además, pasamos de perigalacticon (8130PC, 26,100LY) a apogalacticon (alrededor de 9,040Pc 29,500LY) y viceversa, durante un período de aproximadamente 170 millones de años.

Esto sucede debido a la cantidad cambiante de masa contenida dentro del radio orbital variable. La posición vertical actual es 17LY por encima del plano medio y el último cruce hace unos 3 millones de años.

Estamos a unos 26.540 años del centro y llegaremos al perigaláctico en unos 15 millones de años.

La velocidad actual del Sol es 255,2 ±5,1 km/s. Con respecto al Estándar Local de Reposo (velocidad promedio de las estrellas en el vecindario) nuestra velocidad tiene 3 vectores. Hacia adentro 7,01 ±0,20 km/s, hacia arriba 4,95 ±0,09 km/s y hacia el giro (en el sentido de las agujas del reloj alrededor del centro) 10,13 ±0,12 km/s.

Nota: mis datos provienen de una variedad de fuentes y pueden no ser completamente precisos.

Además, la dirección general de la velocidad de Sol no es hacia Vega. Dada la posición de Sgr A* RA Ascensión recta 17h 45m 40.0409s y Declinación −29° 0′ 28.118″, el movimiento es de 90° alrededor del disco o 6 horas más allá de la ubicación de Sgr A*, alrededor de 23h 45m RA, en el plano de la galaxia, unos 55° de declinación. Justo a unos 25 m RA al este y 4° al sur de Caph (β Cassiopeia).

Esta oscilación es muy despreciable. La amplitud de oscilación en el lugar galáctico es de 105 años luz en Max. Mientras que el sol hace casi 3 oscilaciones de este tipo en una rotación galáctica en un período de 240 millones LY. Esto significa que al viajar 40 MLY en el plano galáctico, el sol alcanza la amplitud máxima. Entonces, si calcula el ángulo que forma el camino sinusoidal con el plano galáctico, se trata de Tan inverso (105LY / 40MLY) = 0.016 grados. Eso no es nada !!

Ok, tiene mucho sentido que la gravedad del disco de la Vía Láctea esté tirando de las estrellas hacia arriba y hacia abajo a medida que avanzan en su órbita circungaláctica. Pero esto no explicaría por qué las recientes observaciones tridimensionales de las estrellas más cercanas usando el espectrógrafo FLAMES-GIRAFFE en el Very Large Telescope de ESO y el espectrógrafo IMACS en el Observatorio Las Campanas mostraron una estructura de onda definida en los movimientos de las estrellas que orbitan la galaxia. avión. En otras palabras, la mayoría de las estrellas en el disco se siguen unas a otras en una cadena o tren, como si estuvieran subiendo y bajando en una CORRIENTE. Lo que significa que ciertamente están oscilando en una corriente. ¡Y esto fue predicho en 1978!

Nuestro Sol produce un campo magnético que se extiende a lo largo del plano ecuatorial en la heliosfera. Este campo se extiende por todo el Sistema Solar, donde se denomina "Campo Magnético Interplanetario". En 1965, John M., Wilcox y Norman F. Ness publicaron su hallazgo de la “hoja de corriente heliosférica”, que mostraba que el campo magnético giratorio del Sol produce constantemente ondas en el plasma del medio interplanetario.

Estas ondas forman una "Espiral de Parker" y se describen en términos de una corriente electromagnética, pero también son ondas mecánicas que hacen que los propios planetas oscilen hacia arriba y hacia abajo mientras orbitan alrededor del Sol. En 1978, Hannes Alfven y Per Carlqvist sugirieron que existe una "hoja de corriente galáctica" similar que transporta una corriente eléctrica de 10 ^ 17 a 10 ^ 19 amperios a través del plano de simetría de la galaxia.

¿De acuerdo? Eso resuelve bastante el misterio de la oscilación de las estrellas de la Vía Láctea. Pero el problema aquí es que (ejem, tos tos) NUESTRO SISTEMA SOLAR NO ES PARTE DE LA VÍA LÁCTEA. En 1994 se descubrió que en realidad somos parte de la Galaxia Elíptica Enana de Sagitario, o Sag-DEG para abreviar, que se encuentra en una ÓRBITA POLAR de 500 millones de años alrededor de la Vía Láctea.

¿Alguna vez te has preguntado por qué dicen que nuestro ápice solar está cerca de Vega, pero Vega se está moviendo hacia nosotros casi el doble de rápido que nosotros? Bueno, a finales de los 80 se descubrió que casi todas las estrellas que orbitan la Vía Láctea parecen estar "lloviendo" sobre nuestra posición. Lo que solo podría significar que nuestro Sistema Solar se está moviendo hacia arriba, fuera de la Vía Láctea. Lamento informarles, pero a pesar de que las estrellas de la Vía Láctea oscilan hacia arriba y hacia abajo durante su órbita de 250 millones de años, no somos parte de ese baile. Nuestro propio camino nos llevará muy por encima de la Galaxia, con una vista espectacular en el apogalacticón, y luego volverá a bajar.