_ Nava spațială care zboară în formație ar putea sonda sistemul solar pentru o nouă fizică

Este un moment interesant pentru domeniile astronomiei, astrofizicii și cosmologiei. Datorită observatoarelor de ultimă oră, instrumentelor și tehnicilor noi, oamenii de știință se apropie de verificarea experimentală a teoriilor care rămân în mare parte netestate. Aceste teorii abordează unele dintre cele mai presante întrebări pe care oamenii de știință le au despre univers și legile fizice care îl guvernează, cum ar fi natura gravitației, a materiei întunecate și a energiei întunecate.

De decenii, oamenii de știință au postulat că fie există este o fizică suplimentară la lucru sau că modelul nostru cosmologic predominant trebuie revizuit.

În timp ce investigația asupra existenței și naturii materiei întunecate și a energiei întunecate este în desfășurare, există și încercări de a rezolva aceste mistere cu ajutorul posibilă existență a unei noi fizici. Într-o lucrare, o echipă de cercetători NASA a propus modul în care navele spațiale ar putea căuta dovezi de fizică suplimentară în sistemele noastre solare. Această căutare, susțin ei, ar fi asistată de nava spațială care zboară într-o formațiune tetraedrică și folosește interferometre. O astfel de misiune ar putea ajuta la rezolvarea unui mister cosmologic care a scăpat oamenilor de știință de peste jumătate de secol.

Propunerea este opera lui Slava G. Turyshev, profesor adjunct de fizică și astronomie la Universitatea din California Los Angeles (UCLA) și cercetător la Laboratorul de propulsie cu reacție al NASA. Lui i s-au alăturat Sheng-wey Chiow, un fizician experimental la NASA JPL, și Nan Yu, un profesor adjunct la Universitatea din Carolina de Sud și un cercetător senior la NASA JPL.

Lucrul lor de cercetare a apărut. online și a fost acceptat pentru publicare în Physical Review D.

Experiența lui Turyshev include a fi membru al echipei de știință a misiunii Laboratorului de recuperare gravitațională și interior (GRAIL). În lucrările anterioare, Turyshev și colegii săi au investigat modul în care o misiune pe lentila gravitațională solară (SGL) a soarelui ar putea revoluționa astronomia. Într-un studiu anterior, el și astronomul SETI Claudio Maccone au luat în considerare, de asemenea, modul în care civilizațiile avansate ar putea folosi SGL-urile pentru a transmite energie de la un sistem solar la altul.

Pentru a rezuma, lentila gravitațională este un fenomen în care câmpurile gravitaționale modifică curbura spațiu-timpului în vecinătatea lor. Acest efect a fost prezis inițial de Einstein în 1916 și a fost folosit de Arthur Eddington în 1919 pentru a-și confirma relativitatea generală (GR). Cu toate acestea, între anii 1960 și 1990, observațiile curbelor de rotație ale galaxiilor și expansiunea universului au dat naștere la noi teorii privind natura gravitației la scari cosmice mai mari. Pe de o parte, oamenii de știință au postulat existența materiei întunecate și a energiei întunecate pentru a-și reconcilia observațiile cu GR.

Pe de altă parte, oamenii de știință au avansat teorii alternative ale gravitației (cum ar fi dinamica newtoniană modificată (MOND) , gravitate modificată (MOG) etc.). Între timp, alții au sugerat că ar putea exista o fizică suplimentară în cosmos de care nu suntem încă conștienți.

Așa cum Turyshev a spus Universe Today prin e-mail, „Suntem dornici să explorăm întrebările legate de misterele energiei întunecate și În ciuda descoperirii lor în ultimul secol, cauzele lor subiacente rămân evazive Dacă aceste „anomalii” provin din noua fizică – fenomene care nu au fost încă observate în laboratoarele terestre sau acceleratorii de particule – este posibil ca această forță nouă să se manifeste. o scară a sistemului solar.”

Pentru cel mai recent studiu al lor, Turyshev și colegii săi au investigat modul în care o serie de nave spațiale care zboară într-o formațiune tetraedrică ar putea investiga câmpul gravitațional al soarelui. Aceste investigații, a spus Turyshev, ar căuta abateri de la predicțiile relativității generale la scara sistemului solar, lucru care nu a fost posibil până în prezent.

„Se presupune că aceste abateri se manifestă ca elemente nenule în tensorul gradientului gravitațional (GGT), în mod fundamental asemănător cu o soluție a ecuației Poisson. Datorită naturii lor minuscule, detectarea acestor abateri necesită o precizie care depășește cu mult curentul. capabilități – cu cel puțin cinci ordine de mărime La un nivel de precizie atât de ridicat, numeroase efecte bine-cunoscute vor introduce zgomot semnificativ. contribuții la GGT."

Misiunea, a spus Turyshev, va folosi tehnici locale de măsurare care se bazează pe o serie de interferometre. Aceasta include distanța laser interferometrică, o tehnică demonstrată de misiunea GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On), o pereche de nave spațiale care se bazează pe identificarea distanței laser pentru a urmări oceanele, ghețarii, râurile și apa de suprafață ale Pământului. Aceeași tehnică va fi folosită și pentru a investiga undele gravitaționale de către antena spațială cu interferometrie laser (LISA) propusă în spațiu.

Nava spațială va fi, de asemenea, echipată cu interferometre atomice, care folosesc caracterul ondulatoriu al atomilor pentru a Măsurați diferența de fază dintre undele de materie atomică de-a lungul diferitelor căi. Această tehnică va permite navei spațiale să detecteze prezența zgomotului negravitațional (activitatea propulsorului, presiunea radiației solare, forțele de recul termic etc.) și să le anuleze în măsura necesară. Între timp, zburarea într-o formațiune tetraedrică va optimiza capacitatea navei spațiale de a compara măsurători.

„Randarea cu laser ne va oferi date foarte precise despre distanțe și viteze relative dintre nave spațiale”, a spus Turyshev. „În plus, precizia sa excepțională ne va permite să măsurăm rotația unei formații de tetraedru în raport cu un cadru de referință inerțial (prin observabile Sagnac), o sarcină care nu poate fi realizată prin orice alte mijloace. În consecință, aceasta va stabili o formațiune tetraedrică folosind o suită de măsurători.”

În cele din urmă, această misiune va testa GR pe cea mai mică scară, care a lipsit cu greu până în prezent. În timp ce oamenii de știință continuă să cerceteze efectul câmpurilor gravitaționale asupra spațiu-timpului, acestea s-au limitat în mare parte la utilizarea galaxiilor și a clusterelor de galaxii ca lentile. Alte cazuri includ observații de obiecte compacte (cum ar fi stelele pitice albe) și găuri negre supermasive (SMBH) precum Săgetătorul A*, care se află în centrul Căii Lactee.

„Ne propunem să îmbunătățim precizia testarea GR și a teoriilor gravitaționale alternative cu mai mult de cinci ordine de mărime Dincolo de acest obiectiv principal, misiunea noastră are obiective științifice suplimentare, pe care le vom detalia în lucrarea noastră ulterioară Acestea includ testarea GR și alte teorii gravitaționale, detectarea undelor gravitaționale - Gama Hertz — un spectru care nu poate fi atins de instrumentele existente sau preconizate — și explorarea aspectelor sistemului solar, cum ar fi ipotetica Planetă 9, printre alte eforturi.”

(Fluierul)