Teadlased on välja pakkunud viisi, kuidas välja selgitada, kas on jõude, mis ei avaldu tavalise aine koostoimes ja "tekivad" alles siis, kui tegemist on tumeainega. See räägib täiendavast atraktsioonist või tõrjumisest, mis lisatakse raskusjõule.
Max Plancki raadioastronoomia instituudi Lijing Shao juhitud meeskond teeb ettepaneku uurida sel eesmärgil binaarse pulsarisüsteemi orbiite. Vaatluste meetodit ja esimesi tulemusi on kirjeldatud ajakirjas Physical Review Letters avaldatud teadusartiklis.
Tuletagem meelde, et teadaolevalt on ainult neli põhimõttelist vastastikmõju, millele on vähendatud kogu looduses toimivate jõudude paljusus. Need on tugevad, nõrgad, elektromagnetilised ja gravitatsioonilised vastasmõjud.
Kaks esimest ilmuvad ainult aatomituuma läbimõõdust väiksematele kaugustele. Laetud osakeste vahel toimivad elektromagnetjõud. Need tekitavad näiliselt erinevaid nähtusi, näiteks raua ligitõmbavus magnetile, tahkete ainete elastsus ja hõõrdejõud. Kuid sellised jõud ei mõjuta astronoomiliste objektide, näiteks planeetide, tähtede ega galaktikate liikumist. Seetõttu on ainus jõud, mida astronoom peab taevakehade liikumise arvutamisel arvesse võtma, gravitatsioon.
Sellised tulemused saadi kõigi inimkonna avastatud osakeste uurimisel. Kuid enamik eksperte on kindlad, et on olemas ka pimedat ainet, mis koosneb teadusele tundmatutest osakestest ja see moodustab 80% universumi aine massist. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) rääkis üksikasjalikult sellest, mis pani teadlasi nii ekstravagantsete järeldusteni jõudma.
Mis siis, kui tume aine toimib taevakehade trajektooridel mitte ainult gravitatsiooni, vaid ka tundmatu viienda jõu kaudu? Seda võimalust ei saa välistada tundmatute omadustega hüpoteetiliste osakeste puhul.
Seda ahvatlevat versiooni saate kontrollida nii. Siiani kõige paremini testitud gravitatsioonimudel on üldrelatiivsusteooria (GR). Ta annab üksikasjalikke prognoose taevakehade trajektooride kohta. Selle ühe põhiprognoosi testimine on vajalik kahes olukorras: kui tumeaine mõju võib kindlasti tähelepanuta jätta ja millal see on märkimisväärne. Kui tulemused langevad kokku, võime öelda, et mõlemal juhul on tegemist ainult gravitatsiooniga, mida kirjeldab üldrelatiivsusteooria. Kui teine juhtum erineb esimesest, saab seda mõista nii, et mitte ainult gravitatsioon ei mõjuta taevakehasid tumeaine küljelt, vaid ka mingi täiendav külgetõmbe- või tõukejõud.
See roll sobib hästi Galileo kehtestatud ja hiljem üldrelatiivsusteoorias kinnitatud põhimõttega: antud gravitatsiooniväljas on gravitatsiooni kiirendus kõigi kehade puhul ühesugune, olenemata nende massist, koostisest ja sisemisest struktuurist. See tähendab, et inertmass (mis määrab kindlaks, millist jõudu tuleb kehale rakendada, et anda sellele antud kiirendus) on võrdne gravitatsioonimassiga (mis loob raskusjõu). Viimast väidet tuntakse nõrga ekvivalentsuse printsiibina.
Reklaamvideo:
2017. aastal kontrolliti seda kunstliku Maa satelliidi abil, mille viga ei ületa ühte triljonit protsenti protsenti. Sel juhul võiks enamiku ekspertide sõnul tumeaine mõju unarusse jätta, kuna astronoomilises mõõtkavas on kaugus Maast satelliidini väike ja nende vahel on vähe tumeainet.
Salapärase aine mõju oli võimalik tuvastada Kuu orbiiti uurides. Kuid siin on nõrk samaväärsuse printsiip testitud "ainult" tuhandikprotsendini ja siis ainult tänu Selena pinnale paigaldatud peeglitele. Nende peegelduv laserikiir võimaldab vähem kui sentimeetri veaga teada saada Maa ja Kuu vahemaad.
Shao rühma pakutud uus test on seotud binaarsüsteemi orbiidi uurimisega, mille üheks komponendiks on pulsar. Siiani pole keegi neutronitähti tumeda aine viienda jõu otsimiseks kasutanud.
"On kaks põhjust, miks binaarsed pulsarid avavad täiesti uue viisi sellise viies jõu testimiseks tavalise aine ja tumeaine vahel," ütles Shao uuringu pressiteates. - Esiteks koosneb neutronitäht ainest, mida ei saa laboris luua, mitu korda tihedam kui aatomituum ja koosneb peaaegu täielikult neutronitest. Veelgi enam, tohutud gravitatsiooniväljad neutronitähe sees, mis on miljard korda tugevam kui Päike, võiksid põhimõtteliselt oluliselt tugevdada [neutronitähe] interaktsiooni tumeainega.
Tuletame meelde, et pulsarite signaalid saabuvad range perioodilisusega, mõnikord kuni nanosekundite täpsusega. Neutronitähe liikumise tõttu tema orbiidil nihutatakse impulsside saabumise aeg, mis võimaldab trajektoori parameetreid taastada. Kõige stabiilsemate pulsarite orbiite saab arvutada veaga alla 30 meetri.
Selles mõttes on eriti sobiv neutronitäht PSR J1713 + 0747, mis asub Maast umbes 3800 valgusaasta kaugusel. See on üks inimkonnale teadaolevalt stabiilsemaid pulse, impulsside vaheline periood on vaid 4,6 millisekundit. PSR J1713 + 0747 on valge kääbusega kahendsüsteem. Eriti õnnelik on see, et pulsari orbiidi liikumise periood on koguni 68 Maa päeva.
Selgitagem, et mida pikem on orbiidi periood, seda tundlikum on süsteem nõrga ekvivalentsuse põhimõtte rikkumise suhtes. See on erinevus tavapäraste ennustustestidega üldrelatiivsusteoorias, mis nõuab võimalikult rangeid süsteeme.
Pulsaril ja valgel kääbusel on erinev mass ja erinev sisemine struktuur. Gravitatsioon üldrelatiivsusteooria järgi ei hooli sellest ning vabalangemise kiirenemine tumeaine gravitatsiooniväljas on mõlema keha jaoks sama. Kuid kui selle aine küljelt on endiselt mingisugune atraktiivsus või tõrjumine (see sama hüpoteetiline viies jõud), võib neile antud täiendav kiirendus sõltuda neist parameetritest. Sellisel juhul muutub pulsari orbiit järk-järgult.
Selliste muudatuste kindlakstegemiseks töötles Shao meeskond üle 20 aasta jooksul Euroopa EPTA projekti ja Ameerika NANOGraviga kaasatud raadioteleskoopidega süsteemi vaatluste tulemusi. Orbiidil muutusi ei tuvastatud. See tähendab, et antud konkreetse süsteemi ja seda ümbritseva tumeaine puhul täidetakse nõrk samaväärsuse põhimõte ligikaudu sama täpsusega kui "kuu" katses.
Kuid mõte võib olla selles, et tumeaine tihedus ei olnud siin piisavalt kõrge. Ideaalne "prooviväljak" oleks galaktika keskpunkt, kuhu tume aine koguneb tänu tavalise aine võimsale külgetõmbele. Selle põhjal otsib meeskond sobivat pulsarit Linnutee keskusest 10 parseki jooksul. Selline leid võib katse täpsust suurendada mitme suurusjärgu võrra.
Tuletagem meelde, et Vesti. Nauka on juba kirjutanud tumeaine hüpoteetilisest mitte-gravitatsioonilisest koostoimest tavalise aine ja kiirgusega. Ainult see ei puudutanud mõju taevakehade trajektooridele, vaid muid mõjusid. Niisiis, tumeaine võib olla vastutav Maa lähedal asuvate positroonide liia, galaktikate kummaliste röntgenikiirte ja vesiniku jahtumise eest noores universumis.
Anatoli Gljantsev
