Znanstvenici su predložili način da saznaju postoje li sile koje se ne očituju u interakciji obične tvari i "izranjaju" samo kada je u pitanju tamna tvar. Riječ je o dodatnoj privlačnosti ili odbojnosti koja se dodaje gravitaciji.
Tim koji predvodi Lijing Shao s Instituta za radioastronomiju Max Planck predlaže da se u tu svrhu prouče orbite binarnih pulsarskih sustava. Metoda i prvi rezultati opažanja opisani su u znanstvenom članku objavljenom u časopisu Physical Review Letters.
Sjetimo se da, koliko nam je poznato, postoje samo četiri temeljne interakcije na koje se svodi čitava raznolikost sila koje djeluju u prirodi. To su jake, slabe, elektromagnetske i gravitacijske interakcije.
Prva se dva očituju samo na udaljenostima manjim od promjera atomske jezgre. Elektromagnetske sile djeluju između nabijenih čestica. Oni rađaju takve naizgled različite pojave, kao što su, na primjer, privlačenje željeza za magnet, elastičnost krutina i sila trenja. Međutim, takve sile ne utječu na kretanje astronomskih objekata poput planeta, zvijezda ili galaksija. Stoga je jedina sila koju astronom treba uzeti u obzir pri izračunavanju kretanja nebeskih tijela gravitacija.
Takvi su rezultati dobiveni u proučavanju svih čestica koje je otkrilo čovječanstvo. Međutim, većina stručnjaka sigurna je da postoji i tamna tvar koja se sastoji od čestica nepoznatih znanosti, a ona čini 80% mase materije u Svemiru. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) detaljno su razgovarali o tome što je natjeralo znanstvenike na takve ekstravagantne zaključke.
Što ako tamna tvar djeluje na putanje nebeskih tijela ne samo gravitacijom, već i nepoznatom petom silom? Ta se mogućnost ne može isključiti kada je riječ o hipotetskim česticama s nepoznatim svojstvima.
Ovu primamljivu verziju možete provjeriti ovako. Do danas najbolje testirani gravitacijski model je Opća relativnost (GR). Ona daje detaljne prognoze putanja nebeskih tijela. Potrebno je organizirati test jednog od njegovih osnovnih predviđanja u dvije situacije: kada se utjecaj tamne tvari sigurno može zanemariti i kada je značajan. Ako se rezultati podudaraju, možemo reći da je u oba slučaja uključena samo gravitacija, opisana općom relativnošću. Ako se drugi slučaj razlikuje od prvog, to se može razumjeti na takav način da ne samo gravitacija djeluje na nebeska tijela sa strane tamne tvari, već i neka dodatna sila privlačenja ili odbijanja.
Ova uloga dobro odgovara principu koji je uspostavio Galileo, a kasnije potvrđen u općoj relativnosti: u danom gravitacijskom polju ubrzanje gravitacije je jednako za sva tijela, bez obzira na njihovu masu, sastav i unutarnju strukturu. To znači da je inertna masa (koja određuje koju silu treba primijeniti na tijelo da bi mu se dalo određeno ubrzanje) jednaka gravitacijskoj masi (koja stvara silu gravitacije). Posljednja izjava poznata je kao princip slabe ekvivalencije.
Promotivni video:
2017. verificiran je pomoću umjetnog Zemljinog satelita s pogreškom koja nije veća od jedne bilijuntine postotka. U ovom bi se slučaju, prema većini stručnjaka, mogao zanemariti utjecaj tamne tvari, jer je udaljenost od Zemlje do satelita u astronomskim razmjerima mala, a između njih je malo tamne materije.
Utjecaj misteriozne tvari mogao se otkriti proučavanjem mjesečeve orbite. Ali ovdje je slabo načelo ekvivalencije testirano "samo" s točnošću od tisućinki postotka, i to samo zahvaljujući zrcalima instaliranim na površini Selene. Odbijena laserska zraka omogućuje otkrivanje udaljenosti između Zemlje i Mjeseca s pogreškom manjom od centimetra.
Novi test, koji je predložila Shaoova skupina, uključuje proučavanje orbite binarnog sustava, čija je jedna od komponenata pulsar. Do sada nitko nije koristio neutronske zvijezde za traženje pete sile iz tamne materije.
"Dva su razloga zbog kojih binarni pulsari otvaraju potpuno novi način ispitivanja takve pete sile između obične materije i tamne tvari", rekao je Shao u priopćenju za istraživanje. - Prvo, neutronska zvijezda sastoji se od tvari koja se ne može stvoriti u laboratoriju, mnogo puta gušće od atomske jezgre i koja se gotovo u cijelosti sastoji od neutrona. Štoviše, ogromna gravitacijska polja unutar neutronske zvijezde, milijardu puta jača od Sunčevih, u principu bi mogla značajno poboljšati interakciju [neutronske zvijezde] s tamnom materijom."
Prisjetimo se da signali pulsara dolaze sa strogom periodičnošću, ponekad s točnošću od nanosekundi. Zbog gibanja neutronske zvijezde u svojoj orbiti vrijeme pomicanja impulsa pomaknuto je, što omogućuje obnavljanje parametara putanje. Orbite najstabilnijih pulsara mogu se izračunati s pogreškom manjom od 30 metara.
U tom smislu posebno je pogodna neutronska zvijezda PSR J1713 + 0747, smještena oko 3800 svjetlosnih godina od Zemlje. To je jedan od najstabilnijih pulsara poznatih čovječanstvu, s razdobljem između impulsa od samo 4,6 milisekundi. PSR J1713 + 0747 je binarni sustav s bijelim patuljem. Osobito je sretna što razdoblje orbitalnog gibanja pulsara iznosi čak 68 zemaljskih dana.
Objasnimo da je što je duži orbitalni period sustav osjetljiviji na kršenje principa slabe ekvivalencije. To je razlika u odnosu na konvencionalne testove predviđanja u općoj relativnosti, koji zahtijevaju što čvršće moguće sustave.
Pulsar i bijeli patuljak imaju različite mase i različitu unutarnju strukturu. Gravitaciji, prema općoj relativnosti, nije stalo do toga, a ubrzanje slobodnog pada u gravitacijskom polju tamne tvari za oba će tijela biti jednako. Ali ako sa strane ove tvari i dalje postoji neka vrsta privlačenja ili odbijanja (ista hipotetska peta sila), dodatno ubrzanje koje im se daje može ovisiti o tim parametrima. U tom će se slučaju orbita pulsara postupno mijenjati.
Da bi otkrio takve promjene, Shaov tim obradio je rezultate više od 20 godina promatranja sustava radio-teleskopima uključenim u europski projekt EPTA i američki NANOGrav. Nije bilo moguće otkriti nikakve promjene u orbiti. To znači da se u slučaju datog specifičnog sustava i okolne tamne tvari, slabo načelo ekvivalencije ispunjava s približno jednakom točnošću kao u "lunarnom" eksperimentu.
Međutim, poanta može biti u tome da gustoća tamne tvari ovdje nije bila dovoljno velika. Idealno "poligon" bilo bi središte Galaksije, gdje se tamna tvar nakuplja zbog snažnog privlačenja obične materije. Na temelju toga, tim traži odgovarajući pulsar unutar 10 parseka od središta Mliječne staze. Takav nalaz mogao bi povećati točnost eksperimenta za nekoliko redova veličine.
Prisjetimo se, Vesti. Nauka je već pisala o hipotetskoj ne-gravitacijskoj interakciji tamne tvari s običnom materijom i zračenjem. Samo što se nije radilo o utjecaju na putanje nebeskih tijela, već o drugim učincima. Dakle, tamna tvar može biti odgovorna za višak pozitrona u blizini Zemlje, neobične X-zrake iz galaksija i hlađenje vodika u mladom svemiru.
Anatolij Glyantsev
