Forskere har foreslået en måde at finde ud af, om der er kræfter, der ikke manifesterer sig i samspillet mellem almindeligt stof og kun "dukker op", når det kommer til mørkt stof. Det handler om den ekstra tiltrækning eller frastødning, der føjes til tyngdekraften.
Et hold ledet af Lijing Shao fra Max Planck Institute for Radio Astronomy foreslår at studere banerne til binære pulsarsystemer til dette formål. Metoden og de første resultater af observationer er beskrevet i en videnskabelig artikel offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters.
Lad os huske, at der, så vidt vi ved, kun er fire grundlæggende interaktioner, hvortil alle de forskellige kræfter, der virker i naturen, er reduceret. Disse er stærke, svage, elektromagnetiske og gravitationsinteraktioner.
De to første vises kun i afstande mindre end atomkernens diameter. Elektromagnetiske kræfter virker mellem ladede partikler. De giver anledning til tilsyneladende forskellige fænomener, såsom for eksempel tiltrækning af jern til en magnet, elasticiteten af faste stoffer og friktionskraften. Sådanne kræfter påvirker imidlertid ikke bevægelsen af astronomiske objekter såsom planeter, stjerner eller galakser. Derfor er tyngdekraften den eneste kraft, som en astronom har brug for at tage i betragtning ved beregning af himmellegemers bevægelse.
Sådanne resultater blev opnået i undersøgelsen af alle partikler, der blev opdaget af menneskeheden. Imidlertid er de fleste eksperter sikre på, at der også er mørkt stof, der består af partikler, der er ukendte for videnskaben, og det tegner sig for 80% af massen af stof i universet. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) talte detaljeret om, hvad der fik forskere til at komme til sådanne ekstravagante konklusioner.
Hvad hvis mørkt stof virker på himmellegemernes baner ikke kun gennem tyngdekraften, men også gennem en ukendt femte kraft? Denne mulighed kan ikke udelukkes, når det kommer til hypotetiske partikler med ukendte egenskaber.
Du kan kontrollere denne fristende version som denne. Den bedst testede tyngdekraftsmodel til dato er General Relativity (GR). Hun giver detaljerede prognoser for himmellegemernes baner. Det er nødvendigt at arrangere en test af en af dens grundlæggende forudsigelser i to situationer: når indflydelsen af mørkt stof helt sikkert kan overses, og når det er signifikant. Hvis resultaterne falder sammen, kan vi sige, at kun tyngdekraften, beskrevet af generel relativitet, i begge tilfælde er involveret. Hvis det andet tilfælde adskiller sig fra det første, kan dette forstås på en sådan måde, at ikke kun tyngdekraften virker på himmellegemer fra siden af mørkt stof, men også en vis ekstra tiltrækningskraft eller frastødning.
Denne rolle er velegnet til det princip, der er fastlagt af Galileo og senere bekræftet i generel relativitet: i et givet tyngdefelt er tyngdeaccelerationen den samme for alle kroppe, uanset deres masse, sammensætning og interne struktur. Dette betyder, at den inerte masse (som bestemmer hvilken kraft, der skal påføres kroppen for at give den en given acceleration) er lig med tyngdekraften (som skaber tyngdekraften). Den sidste erklæring er kendt som det svage ækvivalensprincip.
Salgsfremmende video:
I 2017 blev det verificeret ved hjælp af en kunstig jordsatellit med en fejl på ikke mere end en billioner procent. I dette tilfælde kunne indflydelsen af mørkt stof ifølge de fleste eksperter overses, da afstanden fra jorden til satellitten i astronomisk skala er lille, og der er lidt mørkt stof imellem dem.
Indflydelsen af det mystiske stof kunne påvises ved at studere månens bane. Men her er det svage ækvivalensprincip blevet testet "kun" inden for tusindedele af en procent, og da kun takket være spejle, der er installeret på overfladen af Selena. Laserstrålen reflekteret af dem gør det muligt at finde ud af afstanden mellem Jorden og Månen med en fejl på mindre end en centimeter.
Den nye test, foreslået af Shaos gruppe, er relateret til studiet af et binært systems kredsløb, hvor en af komponenterne er en pulsar. Indtil nu har ingen brugt neutronstjerner til at søge efter den femte kraft fra mørkt stof.
”Der er to grunde til, at binære pulsarer åbner en helt ny måde at teste en sådan femte kraft mellem almindeligt stof og mørkt stof på,” sagde Shao i en pressemeddelelse fra undersøgelsen. - For det første består en neutronstjerne af stof, der ikke kan dannes i et laboratorium, mange gange tættere end en atomkerne og næsten udelukkende består af neutroner. Desuden kunne de enorme tyngdefelter inde i en neutronstjerne, en milliard gange stærkere end Solens, i princippet væsentligt forbedre samspillet [af en neutronstjerne] med mørkt stof."
Lad os huske, at signaler fra pulsarer ankommer med en streng periodicitet, nogle gange med en nøjagtighed på nanosekunder. På grund af neutronstjernens bevægelse i sin bane forskydes impulsenes ankomsttid, hvilket gør det muligt at gendanne parametrene for banen. Banerne for de mest stabile pulsarer kan beregnes med en fejl på mindre end 30 meter.
Særligt velegnet i denne forstand er neutronstjernen PSR J1713 + 0747, der ligger ca. 3800 lysår fra Jorden. Det er en af de mest stabile pulsarer, som er kendt for menneskeheden, med en periode mellem impulser på kun 4,6 millisekunder. PSR J1713 + 0747 er et binært system med en hvid dværg. Det er især heldigt, at perioden med pulsarens orbitalbevægelse er så meget som 68 jorddage.
Lad os forklare, at jo længere kredsløbsperioden er, jo mere følsom er systemet over for det svage ækvivalensprincip. Dette er forskellen med konventionelle forudsigelsestest i generel relativitet, som kræver de strengest mulige systemer.
Pulsaren og den hvide dværg har forskellige masser og forskellige indre strukturer. Tyngdekraften er ifølge generel relativitet ikke ligeglad med dette, og accelerationen af frit fald i tyngdefeltet for mørkt stof for begge kroppe vil være den samme. Men hvis der fra siden af dette stof stadig er en slags tiltrækning eller frastødning (den samme hypotetiske femte kraft), kan den yderligere acceleration, der gives dem, afhænge af disse parametre. I dette tilfælde vil pulsarens bane gradvis ændre sig.
For at identificere sådanne ændringer behandlede Shaos team resultaterne af mere end 20 års observationer af systemet med radioteleskoper inkluderet i det europæiske EPTA-projekt og den amerikanske NANOGrav. Ingen ændringer i kredsløbet kunne detekteres. Dette betyder, at i tilfælde af et givet specifikt system og det omgivende mørke stof, opfyldes det svage ækvivalensprincip med omtrent samme nøjagtighed som i "månens" eksperiment.
Pointen kan dog være, at densiteten af mørkt stof her ikke var høj nok. Den ideelle "testplads" ville være centrum for galaksen, hvor mørkt stof akkumuleres på grund af den kraftige tiltrækning fra almindeligt stof. Baseret på dette leder teamet efter en passende pulsar inden for 10 parsec fra midten af Mælkevejen. Et sådant fund kunne øge nøjagtigheden af eksperimentet med flere størrelsesordener.
Lad os huske, at Vesti. Nauka allerede har skrevet om en hypotetisk ikke-gravitationsinteraktion mellem mørkt stof og almindeligt stof og stråling. Kun det handlede ikke om indflydelsen på himmellegemers baner, men andre effekter. Så mørkt stof kan være ansvarlig for overskuddet af positroner nær Jorden, mærkelige røntgenstråler fra galakser og afkøling af brint i det unge univers.
Anatoly Glyantsev