Mokslininkai pasiūlė būdą išsiaiškinti, ar yra jėgų, kurios nepasireiškia įprastos materijos sąveikoje ir „atsiranda“tik kalbant apie tamsiąją materiją. Kalbama apie papildomą trauką ar atstumimą, kuris pridedamas prie gravitacijos.
Max Planck radijo astronomijos instituto Lijing Shao vadovaujama komanda siūlo šiuo tikslu ištirti dvejetainių pulsarinių sistemų orbitas. Metodas ir pirmieji stebėjimų rezultatai aprašyti moksliniame straipsnyje, paskelbtame žurnale „Physical Review Letters“.
Prisiminkime, kad, kiek mes žinome, egzistuoja tik keturios pagrindinės sąveikos, iki kurių sumažėja visa gamtoje veikiančių jėgų įvairovė. Tai stipri, silpna, elektromagnetinė ir gravitacinė sąveika.
Pirmieji du pasireiškia tik mažesniu nei atomo branduolio skersmeniu atstumu. Tarp įkrautų dalelių veikia elektromagnetinės jėgos. Jie sukelia tokius, atrodytų, skirtingus reiškinius, pavyzdžiui, geležies pritraukimą prie magneto, kietųjų medžiagų elastingumą ir trinties jėgą. Tačiau tokios jėgos neturi įtakos astronominių objektų, tokių kaip planetos, žvaigždės ar galaktikos, judėjimui. Todėl vienintelė jėga, į kurią astronomas turi atsižvelgti apskaičiuodamas dangaus kūnų judėjimą, yra gravitacija.
Tokie rezultatai gauti tiriant visas žmonijos atrastas daleles. Tačiau dauguma ekspertų yra įsitikinę, kad yra ir tamsioji materija, susidedanti iš mokslui nežinomų dalelių, ir ji sudaro 80% Visatos materijos masės. „Vesti. Nauka“(nauka.vesti.ru) išsamiai kalbėjo apie tai, dėl ko mokslininkai padarė tokias ekstravagantiškas išvadas.
Ką daryti, jei tamsioji materija dangaus kūnų trajektorijas veikia ne tik dėl gravitacijos, bet ir per nežinomą penktą jėgą? Šios galimybės negalima atmesti kalbant apie hipotetines daleles, kurių savybės nežinomos.
Galite patikrinti šią viliojančią versiją. Geriausias iki šiol išbandytas gravitacijos modelis yra bendrasis reliatyvumas (GR). Ji pateikia išsamias dangaus kūnų trajektorijų prognozes. Būtina surengti vieno iš pagrindinių jo spėjimų testą dviem atvejais: kai tamsiosios materijos įtaka tikrai gali būti ignoruojama ir kai ji yra reikšminga. Jei rezultatai sutampa, galime sakyti, kad abiem atvejais dalyvauja tik gravitacija, apibūdinta bendruoju reliatyvumu. Jei antrasis atvejis skiriasi nuo pirmojo, tai galima suprasti taip, kad dangaus kūnus iš tamsiosios materijos pusės veikia ne tik gravitacija, bet ir tam tikra papildoma traukos ar atstūmimo jėga.
Šiam vaidmeniui gerai tinka „Galileo“nustatytas principas, kuris vėliau buvo patvirtintas bendruoju reliatyvumu: tam tikrame gravitacijos lauke gravitacijos pagreitis yra vienodas visiems kūnams, neatsižvelgiant į jų masę, sudėtį ir vidinę struktūrą. Tai reiškia, kad inertinė masė (nuo kurios priklauso, kokia jėga turi būti taikoma kūnui, kad jis gautų tam tikrą pagreitį) yra lygi gravitacinei masei (kuri sukuria sunkio jėgą). Paskutinis teiginys yra žinomas kaip silpno ekvivalentiškumo principas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
2017 m. Jis buvo patikrintas naudojant dirbtinį Žemės palydovą, kurio paklaida buvo ne daugiau kaip viena trilijonoji procento. Šiuo atveju, pasak daugumos ekspertų, tamsiosios materijos įtakos galima nepaisyti, nes astronominiu mastu atstumas nuo Žemės iki palydovo yra mažas, o tarp jų yra mažai tamsiosios medžiagos.
Paslaptingos medžiagos įtaką buvo galima nustatyti tiriant mėnulio orbitą. Bet čia silpnas lygiavertiškumo principas buvo išbandytas „tik“tūkstantųjų procentų tikslumu, o tada tik dėl veidrodžių, sumontuotų ant Selenos paviršiaus. Jų atspindėtas lazerio spindulys leidžia sužinoti atstumą tarp Žemės ir Mėnulio su mažesne nei centimetro paklaida.
Naujasis testas, kurį pasiūlė Shao grupė, yra susijęs su dvejetainės sistemos, kurios vienas iš komponentų yra pulsaras, orbitos tyrimu. Iki šiol niekas nenaudojo neutroninių žvaigždžių penktosios jėgos iš tamsiosios materijos paieškai.
"Yra dvi priežastys, dėl kurių dvejetainiai pulsarai atveria visiškai naują būdą išbandyti tokią penktąją jėgą tarp paprastosios materijos ir tamsiosios medžiagos", - sakoma Shao tyrimo pranešime spaudai. - Pirma, neutronų žvaigždė susideda iš materijos, kurios negalima sukurti laboratorijoje, daug kartų tankesnės už atomo branduolį ir beveik visą susideda iš neutronų. Be to, milžiniški gravitaciniai laukai neutroninės žvaigždės viduje, milijardą kartų stipresni už Saulės, iš esmės galėtų žymiai sustiprinti [neutroninės žvaigždės] sąveiką su tamsiąja medžiaga “.
Prisiminkime, kad signalai iš pulsarų gaunami griežtai periodiškai, kartais tikslumu iki nanosekundžių. Dėl neutroninės žvaigždės judėjimo jos orbitoje impulsų atvykimo laikas yra pasislinkęs, o tai leidžia atkurti trajektorijos parametrus. Stabiliausių pulsarų orbitas galima apskaičiuoti, kai paklaida yra mažesnė nei 30 metrų.
Šia prasme ypač tinka neutronų žvaigždė PSR J1713 + 0747, esanti apie 3800 šviesmečių nuo Žemės. Tai yra vienas iš stabiliausių žmonijai žinomų pulsų, kurio laikotarpis tarp impulsų yra tik 4,6 milisekundės. PSR J1713 + 0747 yra dvejetainė sistema su baltu nykštuku. Ypač pasisekė, kad pulsaro orbitos judėjimo laikotarpis yra net 68 Žemės dienos.
Paaiškinkime, kad kuo ilgesnis orbitos periodas, tuo jautresnė sistema silpno ekvivalentiškumo principo pažeidimams. Tai skiriasi nuo įprastų bendro reliatyvumo prognozavimo testų, kuriems reikalingos kuo griežtesnės sistemos.
Pulsaras ir baltasis nykštukas turi skirtingas mases ir skirtingas vidines struktūras. Gravitacijai, pagal bendrą reliatyvumą, tai nerūpi, o laisvo kritimo pagreitis tamsiosios materijos gravitaciniame lauke abiem kūnams bus vienodas. Bet jei iš šios medžiagos pusės vis dar yra tam tikras traukos ar atstūmimo būdas (ta pati hipotetinė penktoji jėga), jiems suteiktas papildomas pagreitis gali priklausyti nuo šių parametrų. Tokiu atveju pulsaro orbita palaipsniui keisis.
Norėdama aptikti tokius pokyčius, Shao komanda apdorojo daugiau nei 20 metų sistemos stebėjimo radijo teleskopais rezultatus iš Europos EPTA projekto ir amerikietiško NANOGrav. Nepavyko aptikti orbitos pokyčių. Tai reiškia, kad tam tikros konkrečios sistemos ir ją supančios tamsiosios materijos atveju silpnas lygiavertiškumo principas įvykdomas maždaug tokiu pat tikslumu kaip ir „mėnulio“eksperimente.
Tačiau esmė gali būti ta, kad tamsiosios medžiagos tankis čia nebuvo pakankamai didelis. Idealus „bandymų poligonas“būtų galaktikos centras, kuriame tamsioji materija kaupiasi dėl galingos įprastos materijos traukos. Remdamasi tuo, komanda ieško tinkamo pulsaro per 10 parsekų nuo Paukščių Tako centro. Toks atradimas gali padidinti eksperimento tikslumą keliais dydžiais.
Prisiminkime, kad „Vesti. Nauka“jau rašė apie hipotetinę ne gravitacinę tamsiosios materijos sąveiką su įprasta materija ir radiacija. Tik kalbėta ne apie įtaką dangaus kūnų trajektorijoms, bet apie kitus padarinius. Taigi tamsioji materija gali būti atsakinga už pozitronų perteklių šalia Žemės, keistus galaktikų rentgeno spindulius ir vandenilio aušinimą jaunojoje visatoje.
Anatolijus Gljanevas