[论文解读] Do mirror planets exist in our solar system?

R. Foot, З. К. Силагадзе|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2001

Astro and Planetary Science参考文献 60被引用 40

一句话总结

本文研究了镜像行星——一种由镜像物质构成的假想天体——是否可能存在于太阳系中，提出它们或许能解释长周期彗星和涅米西斯假说等异常现象。如果此类天体存在，可通过引力透镜效应或间接影响（如行星轨道摄动）进行探测。

ABSTRACT

Mirror matter is predicted to exist if parity is an unbroken symmetry of nature. Currently, there is a large amount of evidence that mirror matter actually exists coming from astrophysics and particle physics. One of the most fascinating (but speculative) possibilities is that there is a significant abundance of mirror matter within our solar system. If the mirror matter condensed to form a large body of planatary or stellar mass then there could be interesting observable effects. Indeed studies of long period comets suggest the existence of a solar companion which has escaped direct detection and is therefore a candidate for a mirror body. Nemesis, hypothetical "death star" companion of the Sun, proposed to explain biological mass extinctions, may potentially be a mirror star. We examine the prospects for detecting these objects if they do indeed exist and are made of mirror matter.

研究动机与目标

• 评估镜像物质在太阳系内形成行星天体的理论与观测可能性。
• 评估镜像行星是否能解释长周期彗星等未解现象及所提出的涅米西斯伴星。
• 检查镜像物质的可观测特征，包括引力透镜效应和轨道摄动。
• 检验镜像物质作为太阳系背景下暗物质候选者的可行性。

提出的方法

• 分析假想镜像行星对长周期彗星及其他太阳系天体轨道的引力影响。
• 应用具有宇称守恒规范对称性的镜像物质理论，其中镜像粒子仅通过引力与普通物质相互作用。
• 利用微引力透镜预测估算未来任务（如空间干涉测量任务，SIM）的可探测性，采用角爱因斯坦半径公式：$\varphi_E \approx 90~{}\mathrm{mas}~{}\sqrt{\frac{M_N}{M_\odot}}~{}\sqrt{\frac{1~{}\mathrm{pc}}{D_N}}$。
• 评估阿波罗-14任务获得的月球玻璃珠数据，检验其是否与2600万年周期的涅米西斯轨道引起的周期性撞击事件一致。
• 评估中微子振荡数据（如太阳中微子和大气中微子异常）作为镜像物质的间接证据。
• 通过光子-镜像光子动力学混合与希格斯混合，建立普通物质与镜像物质之间潜在相互作用的模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 镜像行星是否能解释观测到的长周期彗星聚集及其轨道动力学？

主要发现

• 阿波罗-14任务中观测到的月球撞击率在0.4 Gyr内突然上升，与涅米西斯假说一致，可能由轨道周期为2600万年的受扰动镜像伴星引起。
• 对于质量为太阳质量、距离1 pc的镜像行星（如涅米西斯）引起的微引力透镜事件，角爱因斯坦半径估计约为~90 mas，而SIM任务具备约10 mas的分辨率，因此可实现分辨。
• 镜像物质可通过最大$\nu_e \to \nu'_e$振荡解释太阳中微子亏损，使通量减少约50%，与实验数据一致。
• 超级神冈探测器观测到的大气中微子不对称性，可通过镜像中微子框架下的最大$\nu_\mu \to \nu'_\mu$振荡加以解释。
• 镜像物质与大爆炸核合成相容，甚至可能比标准模型更优地拟合原初元素丰度。
• 即使不可见，镜像行星仍可通过微引力透镜或引力摄动被探测，使该假说具有可观测可检验性。