Para saintis telah mencadangkan cara untuk mengetahui apakah ada kekuatan yang tidak menampakkan diri dalam interaksi perkara biasa dan "muncul" hanya ketika berkaitan dengan materi gelap. Ini mengenai daya tarikan atau tolakan tambahan yang ditambahkan ke graviti.
Pasukan yang diketuai oleh Lijing Shao dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi mencadangkan untuk mengkaji orbit sistem pulsar binari untuk tujuan ini. Kaedah dan hasil pemerhatian pertama dijelaskan dalam artikel ilmiah yang diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters.
Mari kita ingat bahawa, sejauh yang kita ketahui, hanya ada empat interaksi asas, yang mana seluruh kekuatan yang bertindak di alam berkurang. Ini adalah interaksi kuat, lemah, elektromagnetik dan graviti.
Dua yang pertama menampakkan diri hanya pada jarak yang kurang daripada diameter nukleus atom. Daya elektromagnetik bertindak di antara zarah yang dicas. Mereka menimbulkan fenomena yang kelihatan berbeza seperti, misalnya, daya tarikan besi ke magnet, keanjalan pepejal dan daya geseran. Walau bagaimanapun, daya seperti itu tidak mempengaruhi pergerakan objek astronomi seperti planet, bintang atau galaksi. Oleh itu, satu-satunya kekuatan yang perlu diambil kira oleh ahli astronomi semasa mengira pergerakan benda langit adalah graviti.
Hasil tersebut diperoleh dalam kajian semua zarah yang ditemui oleh manusia. Walau bagaimanapun, kebanyakan pakar yakin bahawa terdapat juga bahan gelap, yang terdiri daripada zarah yang tidak diketahui oleh sains, dan ia menyumbang 80% jisim jirim di Alam Semesta. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) bercakap secara terperinci mengenai apa yang membuat para saintis membuat kesimpulan yang begitu mewah.
Bagaimana jika bahan gelap bertindak pada lintasan benda langit bukan sahaja melalui graviti, tetapi juga melalui daya kelima yang tidak diketahui? Kemungkinan ini tidak dapat dikesampingkan ketika berkaitan dengan zarah hipotesis dengan sifat yang tidak diketahui.
Anda boleh menyemak versi menggoda seperti ini. Model graviti yang paling baik diuji setakat ini ialah Relativiti Umum (GR). Dia memberikan ramalan terperinci mengenai lintasan benda langit. Adalah perlu untuk mengatur ujian salah satu ramalan asasnya dalam dua situasi: ketika pengaruh materi gelap pasti dapat diabaikan dan ketika itu penting. Sekiranya hasilnya bertepatan, kita dapat mengatakan bahawa dalam kedua-dua kes itu hanya graviti, yang dijelaskan oleh relativiti umum, yang terlibat. Sekiranya kes kedua berbeza dari yang pertama, ini dapat difahami sedemikian rupa sehingga bukan sahaja graviti bertindak pada benda langit dari sisi benda gelap, tetapi juga beberapa daya tarikan atau tolakan tambahan.
Prinsip yang ditetapkan oleh Galileo dan kemudiannya disahkan dalam relativiti umum sangat sesuai untuk peranan ini: dalam bidang graviti tertentu, pecutan gravitasi adalah sama untuk semua badan, tanpa mengira jisim, komposisi dan struktur dalamannya. Ini bermaksud bahawa jisim lengai (yang menentukan daya apa yang harus dikenakan pada badan untuk memberikan pecutan yang diberikan) sama dengan jisim graviti (yang mewujudkan daya graviti). Pernyataan terakhir dikenali sebagai prinsip kesetaraan lemah.
Video promosi:
Pada tahun 2017, ia disahkan menggunakan satelit Bumi buatan dengan kesalahan tidak lebih dari satu trilion persen. Dalam hal ini, menurut kebanyakan ahli, pengaruh materi gelap dapat diabaikan, kerana jarak dari Bumi ke satelit pada skala astronomi adalah kecil, dan ada sedikit masalah gelap di antara mereka.
Pengaruh zat misteri dapat dikesan dengan mengkaji orbit bulan. Tetapi di sini prinsip kesetaraan yang lemah telah diuji "hanya" dengan ketepatan seperseribu persen, dan hanya berkat cermin yang dipasang di permukaan Selena. Sinar laser yang dipantulkan oleh mereka memungkinkan untuk mengetahui jarak antara Bumi dan Bulan dengan kesalahan kurang dari satu sentimeter.
Ujian baru, yang dicadangkan oleh kumpulan Shao, melibatkan mengkaji orbit sistem binari, salah satu komponennya adalah pulsar. Hingga kini, tidak ada yang menggunakan bintang neutron untuk mencari daya kelima dari bahan gelap.
"Terdapat dua sebab mengapa pulsar binari membuka cara yang sama sekali baru untuk menguji kekuatan kelima antara perkara biasa dan bahan gelap," kata Shao dalam siaran akhbar dari kajian itu. - Pertama, bintang neutron terdiri daripada bahan yang tidak dapat dibuat di makmal, berkali-kali lebih padat daripada nukleus atom dan terdiri hampir seluruhnya dari neutron. Lebih-lebih lagi, medan graviti yang sangat besar di dalam bintang neutron, satu bilion kali lebih kuat daripada Matahari, secara prinsipnya dapat meningkatkan interaksi [bintang neutron] dengan materi gelap.
Ingat bahawa isyarat dari pulsar tiba dengan berkala yang ketat, kadang-kadang dengan ketepatan hingga nanodetik. Oleh kerana pergerakan bintang neutron di orbitnya, waktu kedatangan denyut beralih, yang memungkinkan untuk memulihkan parameter lintasan. Orbit pulsar paling stabil dapat dikira dengan ralat kurang dari 30 meter.
Sangat sesuai dalam pengertian ini ialah bintang neutron PSR J1713 + 0747, yang terletak kira-kira 3800 tahun cahaya dari Bumi. Ini adalah salah satu pulsar paling stabil yang diketahui oleh manusia, dengan jangka masa antara denyutan hanya 4.6 milisaat. PSR J1713 + 0747 adalah sistem binari dengan kerdil putih. Sangat beruntung kerana tempoh pergerakan orbit pulsar adalah sebanyak 68 hari Bumi.
Mari kita jelaskan bahawa semakin lama tempoh orbit, semakin sensitif sistem ini terhadap pelanggaran prinsip kesetaraan yang lemah. Ini adalah perbezaan dengan ujian ramalan konvensional dalam relativiti umum, yang memerlukan sistem sesekat mungkin.
Pulsar dan kerdil putih mempunyai jisim yang berbeza dan struktur dalaman yang berbeza. Graviti, menurut relativiti umum, tidak mempedulikan perkara ini, dan pecutan penurunan bebas di medan graviti bahan gelap untuk kedua-dua badan akan sama. Tetapi jika dari sisi bahan ini masih ada daya tarikan atau tolakan (daya kelima hipotetis yang sama), pecutan tambahan yang diberikan kepada mereka mungkin bergantung pada parameter ini. Dalam kes ini, orbit pulsar secara beransur-ansur akan berubah.
Untuk mengenal pasti perubahan tersebut, pasukan Shao memproses hasil pemerhatian sistem selama lebih dari 20 tahun dengan teleskop radio yang termasuk dalam projek EPTA Eropah dan NANOGrav Amerika. Tidak ada perubahan dalam orbit yang dapat dikesan. Ini bermaksud bahawa dalam keadaan sistem tertentu dan bahan gelap di sekitarnya, prinsip kesetaraan yang lemah dipenuhi dengan ketepatan yang hampir sama seperti dalam eksperimen "bulan".
Namun, intinya mungkin bahawa ketumpatan bahan gelap di sini tidak cukup tinggi. "Tempat ujian" yang ideal adalah pusat Galaksi, di mana bahan gelap berkumpul kerana daya tarikan yang kuat dari bahan biasa. Berdasarkan ini, pasukan mencari pulsar yang sesuai dalam jarak 10 parsec dari pusat Bima Sakti. Penemuan sedemikian dapat meningkatkan ketepatan eksperimen dengan beberapa ukuran yang besar.
Ingatlah bahawa "Vesti. Nauka" telah menulis mengenai interaksi bukan graviti hipotetis mengenai bahan gelap dengan bahan dan sinaran biasa. Itu bukan mengenai pengaruh pada lintasan benda langit, tetapi kesan lain. Oleh itu, bahan gelap mungkin bertanggung jawab atas kelebihan positron di dekat Bumi, sinar-X pelik dari galaksi dan penyejukan hidrogen di alam semesta muda.
Anatoly Glyantsev
