A tudósok javaslatot tettek arra, hogy megtudják, vannak-e olyan erők, amelyek nem nyilvánulnak meg a hétköznapi anyag kölcsönhatásában, és csak akkor jönnek létre, ha a sötét anyagról van szó. A gravitációhoz hozzáadott további vonzerőről vagy taszításról van szó.
A Max Planck Rádiócsillagászati Intézet Lijing Shao által vezetett csoportja javasolja a bináris pulzárrendszerek keringésének tanulmányozását erre a célra. A módszert és a megfigyelések első eredményeit a Physical Review Letters folyóiratban megjelent tudományos cikk ismerteti.
Emlékezzünk arra, hogy tudomásunk szerint csak négy alapvető kölcsönhatás létezik, amelyekre a természetben ható erők teljes sokfélesége redukálódik. Ezek erős, gyenge, elektromágneses és gravitációs kölcsönhatások.
Az első kettő csak az atommag átmérőjénél kisebb távolságokban nyilvánul meg. Elektromágneses erők hatnak a töltött részecskék között. Ilyen látszólag különböző jelenségek keletkeznek, mint például a vas vonzereje a mágneshez, a szilárd anyagok rugalmassága és a súrlódási erő. Az ilyen erők azonban nem befolyásolják olyan csillagászati tárgyak mozgását, mint a bolygók, csillagok vagy galaxisok. Ezért az egyetlen erő, amelyet egy csillagásznak figyelembe kell vennie az égitestek mozgásának kiszámításakor, a gravitáció.
Ilyen eredményeket kaptak az emberiség által felfedezett összes részecske tanulmányozása során. A legtöbb szakértő azonban biztos abban, hogy létezik sötét anyag is, amely a tudomány számára ismeretlen részecskékből áll, és ez az Univerzum anyagtömegének 80% -át teszi ki. A "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) részletesen beszélt arról, mi késztette a tudósokat ilyen extravagáns következtetésekre.
Mi van, ha a sötét anyag nem csak a gravitáció, hanem egy ismeretlen ötödik erő révén hat az égitestek pályáira? Ez a lehetőség nem zárható ki, ha ismeretlen tulajdonságú hipotetikus részecskékről van szó.
Így ellenőrizheti ezt a csábító verziót. Az eddigi legjobban tesztelt gravitációs modell az általános relativitáselmélet (GR). Részletes előrejelzéseket ad az égitestek pályáiról. Két helyzetben kell megszervezni az egyik alapvető jóslat tesztjét: amikor a sötét anyag hatása mindenképpen elhanyagolható és amikor jelentős. Ha az eredmények egybeesnek, akkor azt mondhatjuk, hogy mindkét esetben csak az általános relativitáselmélet által leírt gravitációról van szó. Ha a második eset eltér az elsőtől, akkor ezt úgy lehet megérteni, hogy a gravitáció nemcsak az égitestekre hat a sötét anyag oldaláról, hanem valamilyen további vonzerő vagy taszítóerő is.
A Galileo által megállapított és később az általános relativitáselméletben megerősített elv jól alkalmazható erre a szerepre: egy adott gravitációs mezőben a gravitáció gyorsulása minden test számára azonos, függetlenül azok tömegétől, összetételétől és belső szerkezetétől. Ez azt jelenti, hogy az inert tömeg (amely meghatározza, hogy a testre milyen erőt kell kifejteni annak érdekében, hogy adott gyorsulást kapjon) egyenlő a gravitációs tömeggel (ami létrehozza a gravitációs erőt). Az utolsó állítást a gyenge ekvivalencia elvének nevezik.
Promóciós videó:
2017-ben egy mesterséges Föld-műhold segítségével ellenőrizték, amelynek hibája nem több mint egy billió százalék. Ebben az esetben a legtöbb szakértő szerint elhanyagolható lenne a sötét anyag hatása, mivel a Föld és a műhold közötti csillagászati méret távolsága kicsi, és kevés a sötét anyag közöttük.
A titokzatos anyag hatása a Hold pályájának tanulmányozásával volt kimutatható. De itt az egyenértékűség gyenge elvét "csak" ezredszázalékon belül tesztelték, majd csak a Selena felületére telepített tükröknek köszönhetően. Az általuk visszaverődő lézersugár egy centiméternél kisebb hibával lehetővé teszi a Föld és a Hold távolságának megismerését.
A Shao csoportja által javasolt új teszt egy bináris rendszer pályájának tanulmányozásához kapcsolódik, amelynek egyik komponense egy pulzár. Eddig senki sem használta neutroncsillagokat a sötét anyag ötödik erejének felkutatására.
"Két oka van annak, hogy a bináris pulzusok egy teljesen új módszert nyitnak a hétköznapi anyag és a sötét anyag közötti ilyen ötödik erő tesztelésére" - mondta Shao a tanulmány sajtóközleményében. - Először is, a neutroncsillag olyan anyagból áll, amelyet laboratóriumban nem lehet létrehozni, sokszor sűrűbb, mint egy atommag, és szinte teljes egészében neutronokból áll. Ezenkívül a neutroncsillag belsejében található óriási gravitációs mezők, amelyek a Napénál milliárdszor erősebbek, elvileg jelentősen fokozhatják [a neutroncsillag] kölcsönhatását a sötét anyaggal."
Emlékezzünk arra, hogy a pulzárok jelei szigorú periodicitással érkeznek, néha nanoszekundum pontossággal. A pályáján lévő neutroncsillag mozgása miatt az impulzusok érkezési ideje eltolódik, ami lehetővé teszi a pálya paramétereinek helyreállítását. A legstabilabb pulzárok pályája 30 méternél kisebb hibával számolható.
Ebben az értelemben különösen alkalmas a PSR J1713 + 0747 neutroncsillag, amely a Földtől mintegy 3800 fényévnyire található. Ez az emberiség által ismert egyik legstabilabb pulzus, impulzusok közötti periódus mindössze 4,6 milliszekundum. A PSR J1713 + 0747 bináris rendszer fehér törpével. Különösen szerencsés, hogy a pulzár pálya mozgásának időszaka 68 Föld nap.
Magyarázzuk el, hogy minél hosszabb a keringési periódus, annál érzékenyebb a rendszer a gyenge ekvivalencia elv megsértésére. Ez a különbség a hagyományos predikciós tesztekkel az általános relativitáselméletben, amelyekhez a lehető legszorosabb rendszerek szükségesek.
A pulzárnak és a fehér törpének tömegei és belső szerkezete eltérő. A gravitáció, az általános relativitáselmélet szerint, nem törődik ezzel, és a sötét anyag gravitációs mezőjében mindkét test számára azonos lesz a szabad esés gyorsulása. De ha ennek az anyagnak az oldalán még mindig van valamiféle vonzerő vagy taszítás (ugyanaz a hipotetikus ötödik erő), akkor a számukra adott további gyorsulás függhet ettől a paramétertől. Ebben az esetben a pulzár pályája fokozatosan megváltozik.
Az ilyen változások észlelésére Shao csapata feldolgozta a rendszer több mint 20 éves megfigyelésének eredményeit az Európai EPTA projektben és az amerikai NANOGrav rádióteleszkópokkal. A pályán változás nem volt kimutatható. Ez azt jelenti, hogy egy adott sajátos rendszer és a környező sötét anyag esetében az egyenértékűség gyenge elve megközelítőleg ugyanolyan pontossággal teljesül, mint a "holdkísérletben".
A lényeg azonban az lehet, hogy a sötét anyag sűrűsége itt nem volt elég magas. Az ideális "teszttér" a Galaxis közepe lenne, ahol a sötét anyag felhalmozódik a hétköznapi anyag erőteljes vonzereje miatt. Ennek alapján a csapat megfelelő pulzárt keres a Tejútrendszer központjától számított 10 parszek alatt. Egy ilyen megállapítás több nagyságrenddel növelheti a kísérlet pontosságát.
Emlékezzünk arra, hogy a Vesti. Nauka már írt a sötét anyagnak a hétköznapi anyaggal és a sugárzással kapcsolatos hipotetikus nem gravitációs kölcsönhatásáról. Csak nem az égitestek pályáira gyakorolt hatásról volt szó, hanem más hatásokról. Tehát a sötét anyag felelős lehet a Föld közelében lévő pozitronok feleslegéért, a galaxisokból származó furcsa röntgensugarakért és a fiatal univerzumban lévő hidrogén lehűléséért.
Anatolij Glyantsev