Vědci navrhli způsob, jak zjistit, zda existují síly, které se neprojevují v interakci běžné hmoty a „objevují se“, pouze pokud jde o temnou hmotu. Jde o další přitažlivost nebo odpor, který se přidává ke gravitaci.
Tým vedený Lijing Shao z Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii navrhuje za tímto účelem studovat oběžné dráhy systémů binárních pulzarů. Metoda a první výsledky pozorování jsou popsány ve vědeckém článku publikovaném v časopise Physical Review Letters.
Připomeňme si, že pokud víme, existují pouze čtyři základní interakce, na které se redukuje celá paleta sil působících v přírodě. Jedná se o silné, slabé, elektromagnetické a gravitační interakce.
První dva se objevují pouze ve vzdálenostech menších, než je průměr atomového jádra. Mezi nabitými částicemi působí elektromagnetické síly. Vznikají zdánlivě odlišné jevy, jako je například přitahování železa k magnetu, pružnost pevných látek a síla tření. Tyto síly však neovlivňují pohyb astronomických objektů, jako jsou planety, hvězdy nebo galaxie. Jedinou silou, kterou musí astronom zohlednit při výpočtu pohybu nebeských těles, je tedy gravitace.
Takové výsledky byly získány při studiu všech částic objevených lidstvem. Většina odborníků si však je jistá, že existuje také temná hmota, která se skládá z částic neznámých vědě, a představuje 80% hmoty hmoty ve vesmíru. „Vesti. Nauka“(nauka.vesti.ru) podrobně hovořil o tom, co vedlo vědce k tak extravagantním závěrům.
Co když temná hmota působí na trajektorie nebeských těles nejen gravitací, ale také neznámou pátou silou? Tuto možnost nelze vyloučit, pokud jde o hypotetické částice s neznámými vlastnostmi.
Tuto lákavou verzi můžete zkontrolovat takto. Doposud nejlépe testovaným gravitačním modelem je General Relativity (GR). Dává podrobné předpovědi trajektorií nebeských těles. Je nutné uspořádat test jedné ze základních předpovědí ve dvou situacích: kdy lze vliv temné hmoty jistě zanedbávat a když je významný. Pokud se výsledky shodují, můžeme říci, že v obou případech jde pouze o gravitaci, popsanou obecnou relativitou. Pokud se druhý případ liší od prvního, lze to pochopit tak, že na nebeská tělesa nepůsobí pouze gravitace ze strany temné hmoty, ale také nějaká další síla přitažlivosti nebo odporu.
Pro tuto roli se dobře hodí princip stanovený Galileem a později potvrzený v obecné relativitě: v daném gravitačním poli je gravitační zrychlení stejné pro všechna tělesa bez ohledu na jejich hmotnost, složení a vnitřní strukturu. To znamená, že inertní hmota (která určuje, jaká síla musí být aplikována na tělo, aby mu bylo dané zrychlení) se rovná gravitační hmotnosti (která vytváří gravitační sílu). Poslední výrok je známý jako princip slabé ekvivalence.
Propagační video:
V roce 2017 byla ověřena pomocí umělé družice Země s chybou ne více než jeden biliont procenta. V tomto případě by podle většiny odborníků mohl být vliv temné hmoty zanedbán, protože vzdálenost od Země k satelitu v astronomickém měřítku je malá a je mezi nimi málo temné hmoty.
Vliv záhadné látky bylo možné zjistit studiem oběžné dráhy Měsíce. Ale zde byl slabý princip ekvivalence testován „jen“s přesností na tisíciny procenta, a to jen díky zrcadlům instalovaným na povrchu Seleny. Nimi odražený laserový paprsek umožňuje zjistit vzdálenost mezi Zemí a Měsícem s chybou menší než centimetr.
Nový test, který navrhla Shaova skupina, souvisí se studiem oběžné dráhy binárního systému, jehož jednou ze složek je pulsar. Až dosud nikdo nepoužíval neutronové hvězdy k pátrání po páté síle temné hmoty.
"Existují dva důvody, proč binární pulzary otevírají zcela nový způsob testování takové páté síly mezi běžnou hmotou a temnou hmotou," uvedl Shao v tiskové zprávě ze studie. - Za prvé, neutronová hvězda se skládá z hmoty, kterou nelze vytvořit v laboratoři, mnohokrát hustší než atomové jádro a sestávající téměř výhradně z neutronů. Navíc obrovská gravitační pole uvnitř neutronové hvězdy, která je miliardkrát silnější než Slunce, by v zásadě mohla významně posílit interakci [neutronové hvězdy] s temnou hmotou. “
Připomeňme, že signály z pulzarů přicházejí s přísnou periodicitou, někdy s přesností až nanosekund. V důsledku pohybu neutronové hvězdy na její oběžné dráze se čas příchodu pulzů posune, což umožňuje obnovit parametry trajektorie. Dráhy nejstabilnějších pulzarů lze vypočítat s chybou menší než 30 metrů.
V tomto smyslu je zvláště vhodná neutronová hvězda PSR J1713 + 0747, která se nachází asi 3800 světelných let od Země. Je to jeden z nejstabilnějších pulzarů, které lidstvo zná, s dobou mezi impulsy pouze 4,6 milisekundy. PSR J1713 + 0747 je binární systém s bílým trpaslíkem. Obzvláště štěstí, že doba orbitálního pohybu pulsaru je až 68 pozemských dnů.
Vysvětlíme, že čím delší je oběžná doba, tím citlivější je systém na porušení principu slabé ekvivalence. To je rozdíl oproti běžným predikčním testům v obecné relativitě, které vyžadují co nejužší možné systémy.
Pulzar a bílý trpaslík mají různé hmoty a různé vnitřní struktury. Gravitace se podle obecné relativity o to nestará a zrychlení volného pádu v gravitačním poli temné hmoty pro obě těla bude stejné. Pokud ale ze strany této látky stále existuje nějaký druh přitažlivosti nebo odpuzování (stejná hypotetická pátá síla), může jim další zrychlení záviset na těchto parametrech. V tomto případě se oběžná dráha pulsaru bude postupně měnit.
Za účelem detekce těchto změn zpracoval Shaův tým výsledky více než 20 let pozorování systému pomocí radioteleskopů zahrnutých do evropského projektu EPTA a amerického NANOGrav. Nebyly zjištěny žádné změny na oběžné dráze. To znamená, že v případě daného konkrétního systému a okolní temné hmoty je slabý princip ekvivalence splněn přibližně se stejnou přesností jako v „lunárním“experimentu.
Jde však o to, že hustota temné hmoty zde nebyla dostatečně vysoká. Ideálním „testovacím místem“by byl střed Galaxie, kde se temná hmota hromadí díky silné přitažlivosti od běžné hmoty. Na základě toho tým hledá vhodný pulzar do 10 parseků od středu Mléčné dráhy. Takový nález by mohl zvýšit přesnost experimentu o několik řádů.
Připomeňme, že „Vesti. Nauka“již psal o hypotetické negravitační interakci temné hmoty s běžnou hmotou a zářením. Jen to nebylo o vlivu na trajektorie nebeských těles, ale o jiných účincích. Tmavá hmota tedy může být zodpovědná za přebytek pozitronů v blízkosti Země, podivné rentgenové paprsky z galaxií a ochlazování vodíku v mladém vesmíru.
Anatoly Glyantsev