Vedci navrhli spôsob, ako zistiť, či existujú sily, ktoré sa neprejavujú v interakcii bežnej hmoty a „nevznikajú“iba v prípade temnej hmoty. Ide o ďalšiu príťažlivosť alebo odpor, ktorá sa pridáva na gravitácii.
Tím vedený Lijing Shaom z Max Planckovho inštitútu pre rádioastronómiu navrhuje pre tento účel študovať dráhy binárnych pulzárnych systémov. Metóda a prvé výsledky pozorovaní sú opísané vo vedeckom článku publikovanom v časopise Physical Review Letters.
Pripomeňme si, že pokiaľ vieme, existujú iba štyri základné interakcie, na ktoré sa redukuje celá škála síl pôsobiacich v prírode. Jedná sa o silné, slabé, elektromagnetické a gravitačné interakcie.
Prvé dva sa objavujú iba na vzdialenostiach menších ako je priemer atómového jadra. Medzi nabitými časticami pôsobia elektromagnetické sily. Dávajú podnet na vznik zdanlivo odlišných javov, ako sú napríklad priťahovanie železa k magnetu, pružnosť pevných látok a sila trenia. Takéto sily však neovplyvňujú pohyb astronomických objektov, ako sú planéty, hviezdy alebo galaxie. Jedinou silou, ktorú musí astronóm vziať do úvahy pri výpočte pohybu nebeských telies, je preto gravitácia.
Takéto výsledky boli získané pri štúdiu všetkých častíc objavených ľudstvom. Väčšina odborníkov si je však istá, že existuje aj temná hmota pozostávajúca z častíc neznámych pre vedu a predstavuje 80% hmotnosti hmoty vo vesmíre. „Vesti. Nauka“(nauka.vesti.ru) podrobne hovorila o tom, kvôli čomu vedci dospeli k takým extravagantným záverom.
Čo ak temná hmota pôsobí na trajektórie nebeských telies nielen gravitáciou, ale aj neznámou piatou silou? Túto možnosť nemožno vylúčiť, pokiaľ ide o hypotetické častice s neznámymi vlastnosťami.
Túto lákavú verziu môžete skontrolovať takto. Najlepšie doposiaľ testovaným gravitačným modelom je General Relativity (GR). Poskytuje podrobné predpovede dráh nebeských telies. Je potrebné usporiadať test jednej z jej základných predpovedí v dvoch situáciách: keď možno určite zanedbávať vplyv tmavej hmoty a keď je výrazný. Ak sa výsledky zhodujú, môžeme povedať, že v oboch prípadoch ide iba o gravitáciu, ktorá je popísaná všeobecnou relativitou. Ak sa druhý prípad líši od prvého, dá sa to pochopiť tak, že na nebeské telesá zo strany temnej hmoty nepôsobí iba gravitácia, ale aj nejaká ďalšia sila príťažlivosti alebo odporu.
Táto úloha sa dobre hodí k princípu stanovenému Galileom a neskôr sa potvrdí vo všeobecnej teórii relativity: v danom gravitačnom poli je gravitačné zrýchlenie rovnaké pre všetky telesá bez ohľadu na ich hmotnosť, zloženie a vnútornú štruktúru. To znamená, že inertná hmotnosť (ktorá určuje, aká sila musí pôsobiť na telo, aby sa získalo dané zrýchlenie) sa rovná gravitačnej hmotnosti (ktorá vytvára gravitačnú silu). Posledné tvrdenie je známe ako princíp slabej ekvivalencie.
Propagačné video:
V roku 2017 sa overovalo pomocou umelej družice Zeme s chybou najviac jeden bilión percenta. V takom prípade by podľa väčšiny odborníkov mohol byť vplyv tmavej hmoty zanedbaný, pretože vzdialenosť od Zeme k satelitu v astronomickom meradle je malá a je medzi nimi málo tmavej hmoty.
Vplyv záhadnej látky bolo možné zistiť štúdiom obežnej dráhy Mesiaca. Ale tu bol slabý princíp rovnocennosti testovaný „iba“na tisíciny percenta, a to iba vďaka zrkadlám nainštalovaným na povrchu Seleny. Nimi odrazený laserový lúč umožňuje zistiť vzdialenosť medzi Zemou a Mesiacom s chybou menšou ako centimeter.
Nový test, ktorý navrhla Shaova skupina, súvisí so štúdiom obežnej dráhy binárneho systému, ktorého jednou zo zložiek je pulzar. Doteraz nikto nepoužíval neutrónové hviezdy na hľadanie piatej sily z temnej hmoty.
"Existujú dva dôvody, prečo binárne pulzary otvárajú úplne nový spôsob testovania takej piatej sily medzi bežnou hmotou a tmavou hmotou," uviedol Shao v tlačovej správe zo štúdie. - Po prvé, neutrónová hviezda pozostáva z hmoty, ktorá sa nedá vytvoriť v laboratóriu, mnohokrát hustejšej ako atómové jadro a takmer výlučne z neutrónov. Navyše obrovské gravitačné polia vo vnútri neutrónovej hviezdy, miliónkrát silnejšie ako v Slnku, môžu v zásade výrazne zvýšiť interakciu [neutrónovej hviezdy] s tmavou hmotou. ““
Pripomeňme si, že signály z pulzarov prichádzajú s prísnou periodicitou, niekedy s presnosťou na nanosekundy. Vďaka pohybu neutrónovej hviezdy na jej obežnej dráhe sa posúva čas príchodu impulzov, čo umožňuje obnovenie parametrov dráhy. Dráhy najstabilnejších pulzarov možno vypočítať s chybou menšou ako 30 metrov.
V tomto zmysle je zvlášť vhodná neutrónová hviezda PSR J1713 + 0747, ktorá sa nachádza asi 3800 svetelných rokov od Zeme. Je to jeden z najstabilnejších pulzarov, aké ľudstvo pozná, s periódou medzi impulzmi iba 4,6 milisekundy. PSR J1713 + 0747 je binárny systém s bielym trpaslíkom. Obzvlášť šťastie, že obdobie obežného pohybu pulzaru je až 68 pozemských dní.
Vysvetlíme, že čím je obežná doba dlhšia, tým je systém citlivejší na porušenie princípu slabej ekvivalencie. To je rozdiel oproti konvenčným predikčným testom vo všeobecnej teórii relativity, ktoré vyžadujú čo najužšie možné systémy.
Pulzar a biely trpaslík majú rozdielne hmotnosti a rozdielne vnútorné štruktúry. Gravitácia, podľa všeobecnej teórie relativity, sa o to nestará a zrýchlenie voľného pádu v gravitačnom poli tmavej hmoty pre obe telesá bude rovnaké. Ale ak zo strany tejto látky stále existuje určitý druh príťažlivosti alebo odpudzovania (rovnaká hypotetická piata sila), dodatočné zrýchlenie, ktoré sa im dáva, môže závisieť od týchto parametrov. V takom prípade sa obežná dráha pulzaru bude postupne meniť.
Na identifikáciu týchto zmien spracoval Shaov tím výsledky viac ako 20 rokov pozorovania systému pomocou rádioteleskopov zahrnutých do európskeho projektu EPTA a amerického NANOGrav. Nezistili sa žiadne zmeny na obežnej dráhe. To znamená, že v prípade daného konkrétneho systému a okolitej tmavej hmoty je slabý princíp ekvivalencie splnený s približne rovnakou presnosťou ako v „lunárnom“experimente.
Môže však ísť o to, že tu hustota tmavej hmoty nebola dostatočne vysoká. Ideálnym „testovacím terénom“by bol stred Galaxie, kde sa hromadí tmavá hmota kvôli silnej príťažlivosti bežnej hmoty. Na základe toho tím hľadá vhodný pulzar do 10 parsekov od stredu Mliečnej dráhy. Takéto zistenie by mohlo zvýšiť presnosť experimentu o niekoľko rádov.
Pripomeňme si, že Vesti. Nauka už písal o hypotetickej negravitačnej interakcii tmavej hmoty s bežnou hmotou a žiarením. Len nešlo o vplyv na dráhy nebeských telies, ale o ďalšie efekty. Tmavá hmota teda môže byť zodpovedná za prebytok pozitrónov v blízkosti Zeme, podivné röntgenové lúče z galaxií a ochladenie vodíka v mladom vesmíre.
Anatolij Glyantsev