Znanstveniki so predlagali način, kako ugotoviti, ali obstajajo sile, ki se ne kažejo v medsebojnem delovanju navadne snovi in se "pojavijo" šele, ko gre za temno snov. Gre za dodatno privlačnost ali odbijanje, ki se doda gravitaciji.
Skupina, ki jo vodi Lijing Shao z inštituta za radijsko astronomijo Max Planck, predlaga, da v ta namen preuči orbite binarnih pulzarskih sistemov. Metoda in prvi rezultati opazovanj so opisani v znanstvenem članku, objavljenem v reviji Physical Review Letters.
Spomnimo se, da kolikor vemo, obstajajo le štiri temeljne interakcije, na katere se zmanjša vsa raznolikost sil, ki delujejo v naravi. To so močne, šibke, elektromagnetne in gravitacijske interakcije.
Prva dva se pojavita le na razdaljah, manjših od premera atomskega jedra. Med nabitimi delci delujejo elektromagnetne sile. Nastanejo na videz različni pojavi, kot so na primer privlačnost železa na magnet, elastičnost trdnih snovi in sila trenja. Vendar takšne sile ne vplivajo na gibanje astronomskih predmetov, kot so planeti, zvezde ali galaksije. Zato je edina sila, ki jo mora astronom upoštevati pri izračunu gibanja nebesnih teles, gravitacija.
Takšni rezultati so bili pridobljeni pri preučevanju vseh delcev, ki jih je odkrilo človeštvo. Vendar je večina strokovnjakov prepričana, da obstaja tudi temna snov, sestavljena iz delcev, ki jih znanost ne pozna, in predstavlja 80% mase snovi v vesolju. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) je podrobno spregovoril o tem, zakaj so znanstveniki prišli do tako ekstravagantnih zaključkov.
Kaj pa, če temna snov deluje na poti nebesnih teles ne le s pomočjo gravitacije, temveč tudi s pomočjo neznane pete sile? Te možnosti ni mogoče izključiti, kadar gre za hipotetične delce z neznanimi lastnostmi.
To mamljivo različico lahko preverite takole. Do zdaj najbolje preizkušeni gravitacijski model je Splošna relativnost (GR). Podaja podrobne napovedi poti nebesnih teles. Preizkus ene izmed njegovih osnovnih napovedi je treba urediti v dveh situacijah: kadar je vpliv temne snovi vsekakor mogoče zanemariti in kdaj je pomemben. Če rezultati sovpadajo, lahko rečemo, da gre v obeh primerih le za gravitacijo, ki jo opisuje splošna relativnost. Če se drugi primer razlikuje od prvega, je to mogoče razumeti tako, da ne le gravitacija deluje na nebesna telesa s strani temne snovi, temveč tudi neka dodatna sila privlačnosti ali odbijanja.
Za to vlogo je zelo primeren princip, ki ga je vzpostavil Galileo in kasneje potrdil v splošni relativnosti: v danem gravitacijskem polju je pospešek gravitacije enak za vsa telesa, ne glede na njihovo maso, sestavo in notranjo zgradbo. To pomeni, da je inertna masa (ki določa, katero silo je treba uporabiti na telo, da mu da določen pospešek), enaka gravitacijski masi (ki ustvarja gravitacijsko silo). Zadnja trditev je znana kot načelo šibke enakovrednosti.
Promocijski video:
Leta 2017 je bil preverjen z uporabo umetnega zemeljskega satelita z napako največ eno bilijonto odstotka. V tem primeru bi po mnenju večine strokovnjakov vpliv temne snovi lahko zanemarili, saj je razdalja od Zemlje do satelita v astronomskem merilu majhna in je med njimi malo temne snovi.
Vpliv skrivnostne snovi bi lahko zaznali s preučevanjem lunine tirnice. A tu je bilo šibko načelo enakovrednosti preizkušeno "le" z natančnostjo do tisočinke odstotka, in to le zahvaljujoč ogledalom, nameščenim na površini Selene. Laserski žarek, ki ga odbijajo, omogoča ugotovitev razdalje med Zemljo in Luno z napako, manjšo od centimetra.
Novi test, ki ga je predlagala Shaova skupina, je povezan s preučevanjem orbite binarnega sistema, katerega ena od komponent je pulsar. Do zdaj še nihče ni uporabljal nevtronskih zvezd za iskanje pete sile iz temne snovi.
"Obstajata dva razloga, zaradi katerih binarni pulsarji odpirajo povsem nov način testiranja takšne pete sile med navadno snovjo in temno snovjo," je dejal Shao v sporočilu za javnost iz študije. - Prvič, nevtronska zvezda je sestavljena iz snovi, ki je ni mogoče ustvariti v laboratoriju, mnogokrat gostejša od atomskega jedra in je skoraj v celoti sestavljena iz nevtronov. Poleg tega bi lahko ogromna gravitacijska polja znotraj nevtronske zvezde, milijardkrat močnejša od sončnih, načeloma znatno povečala interakcijo [nevtronske zvezde] s temno snovjo."
Spomnimo se, da signali pulzarjev prihajajo s strogo periodičnostjo, včasih s točnostjo nanosekund. Zaradi gibanja nevtronske zvezde v svoji orbiti se čas prihoda impulzov premakne, kar omogoča obnovitev parametrov poti. Orbite najbolj stabilnih pulzarjev lahko izračunamo z napako, manjšo od 30 metrov.
V tem smislu je še posebej primerna nevtronska zvezda PSR J1713 + 0747, ki se nahaja približno 3800 svetlobnih let od Zemlje. Je eden najstabilnejših pulzarjev, ki jih človeštvo pozna, z obdobjem med impulzi le 4,6 milisekunde. PSR J1713 + 0747 je binarni sistem z belim palčkom. Še posebej srečno je, da je obdobje pulsarjevega orbitalnega gibanja kar 68 zemeljskih dni.
Pojasnimo, da daljše je obdobje kroženja, bolj občutljiv je sistem na kršitev načela šibke enakovrednosti. To je razlika s konvencionalnimi napovednimi testi v splošni relativnosti, ki zahtevajo najtesnejše možne sisteme.
Pulsar in beli škrat imata različno maso in različno notranjo strukturo. Gravitaciji po splošni relativnosti to ni mar, pospešek prostega padca v gravitacijskem polju temne snovi za obe telesi bo enak. Če pa s strani te snovi še vedno obstaja privlačnost ali odbijanje (ista hipotetična peta sila), je lahko dodatni pospešek, ki jim je dan, odvisen od teh parametrov. V tem primeru se bo orbita pulsarja postopoma spreminjala.
Da bi ugotovila takšne spremembe, je Shaova ekipa obdelala rezultate več kot 20-letnega opazovanja sistema z radijskimi teleskopi, vključenimi v evropski projekt EPTA in ameriški NANOGrav. Sprememb v orbiti ni bilo mogoče zaznati. To pomeni, da se v primeru danega specifičnega sistema in okoliške temne snovi šibko načelo enakovrednosti izpolni s približno enako natančnostjo kot pri "luninem" poskusu.
Morda pa gre za to, da gostota temne snovi tukaj ni bila dovolj visoka. Idealno "poligon" bi bilo središče Galaksije, kjer se zaradi močnega privlačenja navadne snovi nabira temna snov. Na podlagi tega ekipa išče ustrezen pulsar v 10 parsekih od središča Rimske ceste. Takšna ugotovitev bi lahko povečala natančnost poskusa za več vrst velikosti.
Spomnimo se, da so "Vesti. Nauka" že pisale o hipotetični negravitacijski interakciji temne snovi z navadno snovjo in sevanjem. Le da ni šlo za vpliv na poti nebesnih teles, ampak za druge učinke. Temna snov je torej lahko odgovorna za presežek pozitronov v bližini Zemlje, čudne rentgenske žarke iz galaksij in hlajenje vodika v mladem vesolju.
Anatolij Glyantsev