Tutkijat ovat ehdottaneet tapaa selvittää, onko olemassa voimia, jotka eivät ilmene tavallisen aineen vuorovaikutuksessa ja "ilmaantuvat" vasta pimeän aineen kohdalla. Kyse on lisää vetovoimaa tai vastenmielisyyttä, joka lisätään painovoimaan.
Lijing Shaon johtama tiimi Max Planckin radiostronomiainstituutista ehdottaa binaaristen pulsarijärjestelmien kiertoradan tutkimista tätä tarkoitusta varten. Menetelmä ja havainnon ensimmäiset tulokset on kuvattu Physical Review Letters -lehdessä julkaistussa tieteellisessä artikkelissa.
Muistakaamme, että tietämyksemme mukaan on vain neljä perustavaa vuorovaikutusta, joihin koko luonnossa toimivien voimien kirjo on vähentynyt. Nämä ovat voimakkaita, heikkoja, sähkömagneettisia ja gravitaatiovaikutuksia.
Kaksi ensimmäistä ilmenevät vain etäisyyksillä, jotka ovat pienempiä kuin ytimen halkaisija. Sähkömagneettiset voimat vaikuttavat varattujen hiukkasten välillä. Ne aiheuttavat sellaisia näennäisesti erilaisia ilmiöitä, kuten esimerkiksi raudan vetovoima magneettiin, kiintoaineiden kimmoisuus ja kitkavoima. Tällaiset voimat eivät kuitenkaan vaikuta tähtitieteellisten esineiden, kuten planeettojen, tähtien tai galaksien, liikkumiseen. Siksi ainoa voima, jonka tähtitieteilijän on otettava huomioon taivaankappaleiden liikettä laskettaessa, on painovoima.
Tällaiset tulokset saatiin tutkimalla kaikkia ihmiskunnan löytämiä hiukkasia. Useimmat asiantuntijat ovat kuitenkin varmoja, että on olemassa myös pimeää ainetta, joka koostuu tieteelle tuntemattomista hiukkasista, ja sen osuus maailmankaikkeudessa on 80%. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) puhui yksityiskohtaisesti siitä, mikä sai tutkijat tekemään niin ylellisiä johtopäätöksiä.
Entä jos pimeä aine vaikuttaa taivaankappaleiden polkuihin paitsi painovoiman, myös tuntemattoman viidennen voiman kautta? Tätä mahdollisuutta ei voida sulkea pois hypoteettisten hiukkasten suhteen, joilla ei ole ominaisuuksia.
Voit tarkistaa tämän houkuttelevan version näin. Paras tähän mennessä testattu painovoimamalli on yleinen suhteellisuusteoria (GR). Hän antaa yksityiskohtaiset ennusteet taivaankappaleiden reiteistä. On välttämätöntä järjestää testi yhdestä sen perusennusteista kahdessa tilanteessa: kun pimeän aineen vaikutus voidaan varmasti jättää huomiotta ja kun se on merkittävä. Jos tulokset yhtyvät, voimme sanoa, että molemmissa tapauksissa mukana on vain painovoima, jota kuvaa yleinen suhteellisuusteoria. Jos toinen tapaus eroaa ensimmäisestä, tämä voidaan ymmärtää siten, että paitsi painovoima vaikuttaa taivaankappaleisiin myös pimeän aineen puolelta, mutta myös jonkin verran ylimääräistä vetovoimaa tai vastenmielisyyttä.
Galileon vahvistama ja myöhemmin yleisessä suhteellisuusteollisuudessa vahvistettu periaate sopii hyvin tähän rooliin: tietyssä painovoimakentässä painovoiman kiihtyvyys on sama kaikille kehoille riippumatta niiden massasta, koostumuksesta ja sisäisestä rakenteesta. Tämä tarkoittaa, että inertti massa (joka määrittää, mikä voima on kohdistettava kehoon tietyn kiihtyvyyden saamiseksi) on yhtä suuri kuin painovoima (joka luo painovoiman). Viimeinen lausunto tunnetaan heikkona ekvivalenssina.
Mainosvideo:
Vuonna 2017 se vahvistettiin keinotekoisella Maan satelliitilla, jonka virhe oli enintään yksi biljoonas prosentti. Tässä tapauksessa useimpien asiantuntijoiden mukaan pimeän aineen vaikutus voidaan jättää huomiotta, koska etäisyys maapallosta satelliittiin on tähtitieteellisessä mittakaavassa pieni ja niiden välillä on vähän pimeää ainetta.
Salaperäisen aineen vaikutus voidaan havaita tutkimalla kuun kiertorataa. Mutta tässä heikko vastaavuusperiaate on testattu "vain" tuhannesosien tarkkuudella ja sitten vain Selenan pinnalle asennettujen peilien ansiosta. Niiden heijastama lasersäde mahdollistaa maan ja kuun välisen etäisyyden selvittämisen alle senttimetrin virheellä.
Shaon ryhmän ehdottama uusi testi liittyy binäärisen järjestelmän kiertoradan tutkimiseen, jonka yksi komponentti on pulsari. Tähän mennessä kukaan ei ole käyttänyt neutronitähtiä viidennen voiman etsimiseen pimeästä aineesta.
"On kaksi syytä, miksi binaaripulssit avaavat aivan uuden tavan testata tällainen viides voima tavallisen aineen ja pimeän aineen välillä", Shao sanoi tutkimuksen lehdistötiedotteessa. - Ensinnäkin neutronitähti koostuu aineesta, jota ei voida luoda laboratoriossa, monta kertaa tiheämpää kuin atomiatuma ja joka koostuu melkein kokonaan neutronista. Lisäksi valtavat painovoimakentät neutronitähden sisällä, joka on miljardia kertaa voimakkaampi kuin aurinko, voisivat periaatteessa merkittävästi parantaa [neutronitähden] vuorovaikutusta pimeän aineen kanssa."
Muistakaamme, että pulssisignaalit saapuvat tiukasti, toisinaan nanosekuntien tarkkuudella. Kiertoradalla olevan neutronitähden liikkeen vuoksi pulssien saapumisaika siirtyy, mikä mahdollistaa liikeradan parametrien palauttamisen. Vakaimpien pulssien kiertoradat voidaan laskea alle 30 metrin virheellä.
Tässä mielessä erityisen sopiva on neutronitähti PSR J1713 + 0747, joka sijaitsee noin 3800 valovuoden etäisyydellä maasta. Se on yksi vakaimmista ihmiskunnan tiedossa olevista pulsseista, ja pulssien välinen aika on vain 4,6 millisekuntia. PSR J1713 + 0747 on binäärijärjestelmä, jossa on valkoinen kääpiö. On erityisen onnekas, että pulsarin kiertoradan liike on peräti 68 maapäivää.
Selitetään, että mitä pidempi kiertorata on, sitä herkempi järjestelmä on heikon vastaavuusperiaatteen loukkaamiseen. Tämä on ero tavanomaisten ennustustestien kanssa suhteellisessa suhteellisuudessa, jotka vaativat mahdollisimman tiukat järjestelmät.
Pulsarilla ja valkoisella kääpiöllä on erilaiset massat ja erilaiset sisäiset rakenteet. Painovoima yleisen suhteellisuusteorian mukaan ei välitä tästä, ja vapaan pudotuksen kiihtyminen pimeän aineen painovoimakentässä on molemmille elimille sama. Mutta jos tämän aineen puolelta löytyy edelleen jonkinlainen vetovoima tai vastenmielisyys (sama hypoteettinen viides voima), heille annettu lisäkiihtyvyys voi riippua näistä parametreista. Tässä tapauksessa pulsarin kiertorata muuttuu vähitellen.
Tällaisten muutosten havaitsemiseksi Shaon tiimi käsitteli yli 20 vuoden järjestelmän havainnoinnin tuloksia radiopuhelimilla, jotka sisältyivät Euroopan EPTA-projektiin ja amerikkalaiseen NANOGraviin. Kiertoradalla ei havaittu muutoksia. Tämä tarkoittaa, että tietyn järjestelmän ja ympäröivän pimeän aineen tapauksessa heikko vastaavuusperiaate toteutuu suunnilleen samalla tarkkuudella kuin "kuukokeessa".
Piste voi kuitenkin olla, että pimeän aineen tiheys ei ollut täällä riittävän korkea. Ihanteellinen "koekenttä" olisi galaksin keskusta, johon pimeä aine kerääntyy tavallisen aineen voimakkaan vetovoiman vuoksi. Tämän perusteella joukkue etsii sopivaa pulsaria 10 parsekissa Linnunradan keskustasta. Tällainen havainto voisi lisätä kokeen tarkkuutta useita suuruusluokkia.
Muistakaamme, että "Vesti. Nauka" on jo kirjoittanut hypoteettisesta pimeän aineen ei-gravitaatiovaikutuksesta tavallisen aineen ja säteilyn kanssa. Kyse ei ollut vain vaikutuksesta taivaankappaleiden polkuihin, vaan muista vaikutuksista. Joten pimeä aine voi olla vastuussa ylimääräisistä positroneista lähellä maapalloa, outoista röntgensäteistä galakseista ja vedyn jäähtymisestä nuoressa universumissa.
Anatoly Glyantsev