Radykalne badanie NASA mówi, że ta formacja statku kosmicznego może ujawnić nową fizykę: ScienceAlert

To ekscytujący czas dla dziedzin astronomii, astrofizyki i kosmologii. Dzięki najnowocześniejszym nowym obserwatoriom, instrumentom i technikom naukowcy są o krok bliżej eksperymentalnej weryfikacji w dużej mierze niesprawdzonych teorii.

Teorie te odpowiadają na niektóre z najpilniejszych pytań, jakie zadają naukowcy na temat wszechświata i praw fizycznych, które nim rządzą, takich jak natura grawitacji, ciemna materia i ciemna energia. Przez dziesięciolecia naukowcy zakładali, że albo działa dodatkowa fizyka, albo że nasz dominujący model kosmologiczny wymaga rewizji.

Chociaż badania nad istnieniem i naturą ciemnej materii i ciemnej energii wciąż trwają, podejmowane są również próby rozwiązania tych tajemnic z wykorzystaniem potencjału nowej fizyki.

W Niedawny artykułZespół badaczy z NASA zaproponował, w jaki sposób statki kosmiczne mogłyby szukać dowodów na istnienie dodatkowej fizyki w naszym Układzie Słonecznym. Twierdzą, że badania te zostaną wsparte lotem statku kosmicznego w formacji czworościennej i wykorzystaniem interferometrów. Taka misja mogłaby pomóc w rozwiązaniu kosmicznej tajemnicy, która umykała naukowcom przez ponad pół wieku.

Propozycja to działanie Sława G. Turyshevadiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles (UCLA) oraz pracownik naukowy w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA.

Dołączył do niego Xing Wei Qiufizyk eksperymentalny w NASA JPL i Nan Yu, adiunkt na Uniwersytecie Południowej Karoliny i starszy pracownik naukowy w NASA JPL. Ich artykuł pojawił się niedawno w Internecie i został przyjęty do publikacji w czasopiśmie Przegląd fizyczny d.

Doświadczenie Turysheva obejmuje bycie m.in Laboratorium Grawitacji i Odzysku Wewnętrznego (GRAIL) członek zespołu naukowego misji. W poprzedniej pracy Turyshev i jego współpracownicy badali, w jaki sposób wysłać misję na Słońce Soczewkowanie grawitacyjne Słońca (SGL) może zrewolucjonizować astronomię.

Dokument koncepcyjny otrzymał nagrodę A Stypendium trzeciego stopnia w 2020 r. w ramach programu NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). W poprzednim badaniu on i astronom projektu SETI Claudio Macon również sprawdzali, w jaki sposób zaawansowane cywilizacje mogą z niego korzystać SGL do przenoszenia mocy Z jednego układu słonecznego do drugiego.

Podsumowując, soczewkowanie grawitacyjne to zjawisko, w którym pola grawitacyjne zmieniają krzywiznę czasoprzestrzeni w swoim sąsiedztwie. Efekt ten został pierwotnie przewidziany i wykorzystany przez Einsteina w 1916 roku Arthura Eddingtona w 1919 r Aby potwierdzić jego słowa Ogólna teoria względności (GR).

Jednak w latach sześćdziesiątych i dziewięćdziesiątych XX wieku obserwacje krzywych rotacji galaktyk i ekspansji Wszechświata dały początek nowym teoriom dotyczącym natury grawitacji w większych skalach kosmicznych. Z jednej strony naukowcy postawili hipotezę o istnieniu ciemnej materii i ciemnej energii, aby pogodzić swoje obserwacje z GR.

Z drugiej strony naukowcy opracowali alternatywne teorie grawitacji (takie jak zmodyfikowana dynamika Newtona (MOND), zmodyfikowana grawitacja (MOG) itp.). Tymczasem inni sugerują, że we wszechświecie może istnieć dodatkowa fizyka, o której jeszcze nie jesteśmy świadomi. Jak Turyshev powiedział Universe Today za pośrednictwem poczty elektronicznej:

„Chcemy zgłębić pytania dotyczące tajemnic ciemnej energii i ciemnej materii. Chociaż odkryto je w ubiegłym stuleciu, ich podstawowe przyczyny pozostają nieuchwytne. Jeśli te „anomalie” wynikają z nowej fizyki – są to zjawiska, które jeszcze nie zostały zbadane zaobserwowano na Ziemi.” „Laboratoria lub akceleratory cząstek – tę nową moc można by zademonstrować w skali Układu Słonecznego”.

W swoim najnowszym badaniu Turyshev i jego współpracownicy zbadali, w jaki sposób seria statków kosmicznych lecących w formacji czworościennej bada pole grawitacyjne Słońca.

Badania te będą miały na celu poszukiwanie odchyleń od przewidywań ogólnej teorii względności w skali Układu Słonecznego, co dotychczas nie było możliwe, powiedział Turyshev.

„Te odchylenia mają pojawiać się jako niezerowe składowe tensora gradientu grawitacji (GGT), co jest podobne do rozwiązania równania Poissona.

Ze względu na ich niewielką naturę wykrycie tych anomalii wymaga precyzji znacznie przekraczającej obecne możliwości – co najmniej o pięć rzędów wielkości. Przy tak wysokim poziomie rozdzielczości wiele znanych efektów wprowadzi znaczny szum.

Strategia polega na wykonywaniu pomiarów różnicowych w celu zniwelowania wpływu znanych sił, ujawniając w ten sposób subtelny, ale niezerowy udział w GGT.

Turyshev powiedział, że misja będzie wykorzystywać lokalne techniki pomiarowe oparte na szeregu interferometrów. Obejmuje to interwencyjną technikę pomiaru odległości laserem, którą zademonstrował Przywróć grawitację i kontynuuj eksperyment klimatyczny Misja GRACE-FO to para statków kosmicznych wykorzystujących zasięg lasera do śledzenia ziemskich oceanów, lodowców, rzek i wód powierzchniowych.

Ta sama technika zostanie również wykorzystana do badania fal grawitacyjnych przez proponowany statek kosmiczny Antena do interferometrii laserowej (Liza).

Statek kosmiczny będzie także wyposażony w interferometry atomowe, które zostaną wykorzystane Fala Natura atomów umożliwiająca pomiar różnicy faz pomiędzy falami materii atomowej przebiegającymi różnymi drogami. Technologia ta umożliwi statkowi kosmicznemu wykrycie obecności hałasu niegrawitacyjnego (działanie ciągu, ciśnienie promieniowania słonecznego, siły odrzutu termicznego itp.) i wyeliminowanie go w niezbędnym stopniu.

Tymczasem latanie w formacji czworościennej poprawi zdolność statku kosmicznego do porównywania pomiarów.

„Laserowy pomiar odległości dostarczy nam bardzo dokładnych danych na temat względnych odległości i prędkości między statkami kosmicznymi” – powiedział Turyshev.

„Co więcej, jego wyjątkowa precyzja pozwoli nam zmierzyć obrót konfiguracji czworościennej względem inercjalnego układu odniesienia (poprzez obserwacje Sagnaca), czego nie da się osiągnąć w żaden inny sposób. Stworzy to zatem konfigurację czworościenną, która posługuje się zestawem wskaźników Pomiary lokalne.”

Docelowo misja ta przetestuje zasoby genetyczne w najmniejszej skali, czego do tej pory bardzo brakowało. Chociaż naukowcy w dalszym ciągu badają wpływ pól grawitacyjnych na czasoprzestrzeń, ich wysiłki w dużej mierze ograniczają się do wykorzystywania galaktyk i gromad galaktyk jako soczewek.

Inne przykłady obejmują obserwacje zwartych obiektów (takich jak białe karły) i supermasywnych czarnych dziur (SMBH), takich jak Strzelec A* – znajdujący się w centrum Drogi Mlecznej.

„Chcemy zwiększyć dokładność testów GR i alternatywnych teorii grawitacji o ponad pięć rzędów wielkości.

Oprócz tego głównego celu, nasza praca ma dodatkowe cele naukowe, które szczegółowo omówimy w kolejnym artykule. Obejmują one między innymi testowanie GR i innych teorii grawitacji, wykrywanie fal grawitacyjnych w zakresie mikroherców – widma niedostępnego dla istniejących lub przewidywanych instrumentów – oraz badanie aspektów Układu Słonecznego, takich jak hipotetyczna Planeta 9, między innymi.

Artykuł ten został pierwotnie opublikowany przez Wszechświat dzisiaj. Przeczytać Oryginalny artykuł.