Zinātnieki ir piedāvājuši veidu, kā uzzināt, vai ir spēki, kas neizpaužas parastās vielas mijiedarbībā un "parādās" tikai tad, kad runa ir par tumšo matēriju. Runa ir par papildu pievilcību vai atgrūšanu, kas tiek pievienota gravitācijai.
Maksa Plankas radioastronomijas institūta Lijing Shao vadītā komanda ierosina šim nolūkam izpētīt bināro pulsāru sistēmu orbītas. Metode un pirmie novērojumu rezultāti ir aprakstīti zinātniskajā rakstā, kas publicēts žurnālā Physical Review Letters.
Atgādināsim, ka, cik mēs zinām, pastāv tikai četras fundamentālas mijiedarbības, līdz kurām tiek samazināta visa dabā darbojošos spēku daudzveidība. Tās ir spēcīgas, vājas, elektromagnētiskas un gravitācijas mijiedarbības.
Pirmie divi parādās tikai attālumos, kas mazāki par atoma kodola diametru. Starp uzlādētajām daļiņām darbojas elektromagnētiskie spēki. Tie rada šķietami dažādas parādības, piemēram, piemēram, dzelzs piesaisti magnētam, cieto vielu elastību un berzes spēku. Tomēr šādi spēki neietekmē tādu astronomisku objektu kā planētas, zvaigznes vai galaktikas kustību. Tāpēc vienīgais spēks, kas astronomam jāņem vērā, aprēķinot debess ķermeņu kustību, ir gravitācija.
Šādi rezultāti tika iegūti, pētot visas cilvēces atklātās daļiņas. Tomēr lielākā daļa ekspertu ir pārliecināti, ka pastāv arī tumšā viela, kas sastāv no zinātnei nezināmām daļiņām, un tā veido 80% no Visuma matērijas masas. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) detalizēti runāja par to, kas zinātniekiem lika izdarīt tik ekstravagantus secinājumus.
Ko darīt, ja tumšā matērija iedarbojas uz debess ķermeņu trajektorijām ne tikai caur gravitāciju, bet arī ar nezināmu piekto spēku? Šo iespēju nevar izslēgt, ja runa ir par hipotētiskām daļiņām ar nezināmām īpašībām.
Jūs varat pārbaudīt šo vilinošo versiju kā šis. Vislabāk pārbaudītais gravitācijas modelis ir vispārējā relativitāte (GR). Viņa sniedz detalizētas debesu ķermeņu trajektoriju prognozes. Ir nepieciešams noorganizēt vienas no tās galvenajām prognozēm pārbaudi divās situācijās: kad tumšās matērijas ietekmi noteikti var atstāt novārtā un kad tā ir nozīmīga. Ja rezultāti sakrīt, mēs varam teikt, ka abos gadījumos ir iesaistīts tikai gravitācija, ko raksturo vispārējā relativitāte. Ja otrais gadījums atšķiras no pirmā, to var saprast tā, ka uz debess ķermeņiem no tumšās matērijas puses iedarbojas ne tikai gravitācija, bet arī kāds papildu pievilināšanas vai atgrūšanas spēks.
Šī loma ir labi piemērota Galileo noteiktajam un vēlāk vispārējā relativitātes principā apstiprinātajam principam: noteiktā gravitācijas laukā gravitācijas paātrinājums ir vienāds visiem ķermeņiem neatkarīgi no to masas, sastāva un iekšējās struktūras. Tas nozīmē, ka inerta masa (kas nosaka, kāds spēks jāpieliek ķermenim, lai tam piešķirtu noteiktu paātrinājumu) ir vienāda ar gravitācijas masu (kas rada gravitācijas spēku). Pēdējais apgalvojums ir pazīstams kā vāja līdzvērtības princips.
Reklāmas video:
2017. gadā tas tika pārbaudīts, izmantojot mākslīgo Zemes pavadoni ar kļūdu, kas nepārsniedz vienu triljondaļu procentu. Šajā gadījumā, pēc lielākās daļas ekspertu domām, tumšās vielas ietekmi varētu atstāt novārtā, jo astronomiskā mērogā attālums no Zemes līdz satelītam ir mazs, un starp tiem ir maz tumšās vielas.
Noslēpumainās vielas ietekmi varēja atklāt, pētot Mēness orbītu. Bet šeit vājais līdzvērtības princips ir pārbaudīts "tikai" līdz procentu tūkstošdaļām un pēc tam tikai pateicoties spoguļiem, kas uzstādīti uz Selēnas virsmas. To atstarotais lāzera stars ļauj uzzināt attālumu starp Zemi un Mēnesi ar kļūdu, kas mazāka par centimetru.
Jaunais tests, ko ierosināja Šao grupa, ietver binārās sistēmas orbītas izpēti, kuras viena no sastāvdaļām ir pulsārs. Līdz šim neviens nav izmantojis neitronu zvaigznes, lai meklētu piekto spēku no tumšās matērijas.
"Ir divi iemesli, kāpēc binārie pulsāri paver pilnīgi jaunu veidu, kā pārbaudīt šādu piekto spēku starp parasto vielu un tumšo vielu," Šao teica pētījuma paziņojumā presei. - Pirmkārt, neitronu zvaigzne sastāv no vielas, ko nevar izveidot laboratorijā, daudzas reizes blīvāka par atomu kodolu un gandrīz pilnībā sastāv no neitroniem. Turklāt milzīgie gravitācijas lauki neitronu zvaigznes iekšienē, kas ir miljardu reižu spēcīgāki nekā Saules, principā varētu ievērojami uzlabot [neitronu zvaigznes] mijiedarbību ar tumšo matēriju."
Atgādināsim, ka signāli no pulsāriem tiek saņemti ar stingru periodiskumu, dažreiz ar nanosekunžu precizitāti. Neitronu zvaigznes kustības dēļ tās orbītā impulsu ierašanās laiks mainās, kas ļauj atjaunot trajektorijas parametrus. Stabilāko pulsāru orbītas var aprēķināt ar kļūdu, kas mazāka par 30 metriem.
Šajā ziņā īpaši piemērota ir neitronu zvaigzne PSR J1713 + 0747, kas atrodas apmēram 3800 gaismas gadu attālumā no Zemes. Tas ir viens no stabilākajiem cilvēcei pazīstamajiem pulsāriem, kura periods starp impulsiem ir tikai 4,6 milisekundes. PSR J1713 + 0747 ir binārā sistēma ar baltu punduri. Īpaši paveicies, ka pulsāra orbītas kustības periods ir pat 68 Zemes dienas.
Paskaidrosim, ka jo ilgāks orbītas periods, jo jutīgāka ir sistēma pret vāja līdzvērtības principa pārkāpumu. Šī ir atšķirība no parastajiem prognožu testiem vispārējā relativitātes ziņā, kam nepieciešamas pēc iespējas stingrākas sistēmas.
Pulsāram un baltajam pundurim ir atšķirīga masa un atšķirīga iekšējā struktūra. Smagumam, pēc vispārējās relativitātes, tas ir vienalga, un brīvā kritiena paātrinājums tumšās matērijas gravitācijas laukā abiem ķermeņiem būs vienāds. Bet, ja no šīs vielas puses joprojām pastāv kāda veida pievilcība vai atgrūšanās (tas pats hipotētiskais piektais spēks), viņiem piešķirtais papildu paātrinājums var būt atkarīgs no šiem parametriem. Šajā gadījumā pulsāra orbīta pakāpeniski mainīsies.
Lai identificētu šādas izmaiņas, Šao komanda apstrādāja vairāk nekā 20 gadus ilgušo sistēmas novērojumu rezultātus ar radioteleskopiem, kas iekļauti Eiropas EPTA projektā un amerikāņu NANOGrav. Nevarēja noteikt izmaiņas orbītā. Tas nozīmē, ka konkrētas sistēmas un apkārtējās tumšās matērijas gadījumā vājais līdzvērtības princips tiek izpildīts aptuveni ar tādu pašu precizitāti kā "Mēness" eksperimentā.
Tomēr jautājums var būt tāds, ka tumšās vielas blīvums šeit nebija pietiekami augsts. Ideāls "izmēģinājumu laukums" būtu Galaktikas centrs, kur tumšās matērijas uzkrājas, pateicoties parastās matērijas spēcīgajai pievilcībai. Pamatojoties uz to, komanda meklē piemērotu pulsāru 10 parseku attālumā no Piena ceļa centra. Šāds atklājums varētu palielināt eksperimenta precizitāti par vairākām pakāpēm.
Atgādināsim, ka Vesti. Nauka jau ir rakstījis par hipotētisku tumšās vielas ne-gravitācijas mijiedarbību ar parasto vielu un starojumu. Tikai tas nebija par ietekmi uz debess ķermeņu trajektorijām, bet gan par citiem efektiem. Tādējādi tumšā viela var būt atbildīga par pozitronu pārpalikumu Zemes tuvumā, dīvainiem rentgenstariem no galaktikām un ūdeņraža atdzišanu jaunajā Visumā.
Anatolijs Gljancevs