Para ilmuwan telah mengusulkan cara untuk mengetahui apakah ada kekuatan yang tidak memanifestasikan dirinya dalam interaksi materi biasa dan "muncul" hanya ketika datang ke materi gelap. Ini tentang tarikan atau tolakan tambahan yang ditambahkan ke gravitasi.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Lijing Shao dari Max Planck Institute for Radio Astronomy mengusulkan untuk mempelajari orbit sistem pulsar biner untuk tujuan ini. Metode dan hasil observasi pertama dijelaskan dalam artikel ilmiah yang diterbitkan di jurnal Physical Review Letters.
Mari kita ingat bahwa, sejauh yang kita tahu, hanya ada empat interaksi mendasar, di mana seluruh variasi gaya yang bekerja di alam berkurang. Ini adalah interaksi yang kuat, lemah, elektromagnetik, dan gravitasi.
Dua yang pertama muncul hanya pada jarak yang kurang dari diameter inti atom. Gaya elektromagnetik bekerja di antara partikel bermuatan. Mereka menimbulkan fenomena yang tampaknya berbeda, seperti, misalnya, tarikan besi ke magnet, elastisitas benda padat, dan gaya gesekan. Namun gaya tersebut tidak mempengaruhi pergerakan benda astronomi seperti planet, bintang atau galaksi. Oleh karena itu, satu-satunya gaya yang perlu diperhitungkan oleh astronom saat menghitung gerakan benda langit adalah gravitasi.
Hasil seperti itu diperoleh dalam mempelajari semua partikel yang ditemukan oleh umat manusia. Namun, sebagian besar ahli yakin bahwa ada juga materi gelap, terdiri dari partikel yang tidak diketahui sains, dan menyumbang 80% massa materi di alam semesta. "Vesti. Nauka" (nauka.vesti.ru) berbicara secara rinci tentang apa yang membuat para ilmuwan sampai pada kesimpulan yang begitu boros.
Bagaimana jika materi gelap bekerja pada lintasan benda langit tidak hanya melalui gravitasi, tetapi juga melalui gaya kelima yang tidak diketahui? Kemungkinan ini tidak dapat dikesampingkan dalam hal partikel hipotetis dengan sifat yang tidak diketahui.
Anda dapat memeriksa versi yang menggoda ini seperti ini. Model gravitasi teruji terbaik hingga saat ini adalah Relativitas Umum (GR). Dia memberikan prakiraan rinci dari lintasan benda langit. Penting untuk mengatur tes dari salah satu prediksi dasarnya dalam dua situasi: ketika pengaruh materi gelap dapat diabaikan dan ketika itu signifikan. Jika hasilnya cocok, kita dapat mengatakan bahwa dalam kedua kasus tersebut hanya gravitasi, yang dijelaskan oleh relativitas umum, yang terlibat. Jika kasus kedua berbeda dari yang pertama, ini dapat dipahami sedemikian rupa sehingga tidak hanya gravitasi yang bekerja pada benda langit dari sisi materi gelap, tetapi juga beberapa gaya tarik atau tolakan tambahan.
Peran ini sesuai dengan prinsip yang ditetapkan oleh Galileo dan kemudian dikonfirmasi dalam relativitas umum: dalam medan gravitasi tertentu, percepatan gravitasi sama untuk semua benda, terlepas dari massa, komposisi, dan struktur internalnya. Ini berarti bahwa massa inert (yang menentukan gaya apa yang harus diterapkan pada benda untuk memberikan percepatan tertentu) sama dengan massa gravitasi (yang menciptakan gaya gravitasi). Pernyataan terakhir dikenal sebagai prinsip kesetaraan lemah.
Video promosi:
Pada 2017, itu diverifikasi menggunakan satelit Bumi buatan dengan kesalahan tidak lebih dari satu triliun persen. Dalam hal ini, menurut sebagian besar ahli, pengaruh materi gelap dapat diabaikan, karena jarak dari Bumi ke satelit dalam skala astronomi kecil, dan hanya ada sedikit materi gelap di antara keduanya.
Pengaruh zat misterius dapat dideteksi dengan mempelajari orbit bulan. Tapi di sini prinsip kesetaraan yang lemah telah diuji "hanya" dengan akurasi seperseribu persen, dan kemudian hanya berkat cermin yang dipasang di permukaan Selena. Sinar laser yang dipantulkan oleh mereka memungkinkan untuk mengetahui jarak antara Bumi dan Bulan dengan kesalahan kurang dari satu sentimeter.
Tes baru, yang diusulkan oleh kelompok Shao, melibatkan mempelajari orbit sistem biner, yang salah satu komponennya adalah pulsar. Hingga saat ini, belum ada yang menggunakan bintang neutron untuk mencari gaya kelima dari materi gelap.
"Ada dua alasan mengapa pulsar biner membuka cara yang sama sekali baru untuk menguji gaya kelima antara materi biasa dan materi gelap," kata Shao dalam siaran pers dari studi tersebut. - Pertama, bintang neutron terdiri dari materi yang tidak dapat dibuat di laboratorium, berkali-kali lebih padat dari inti atom dan hampir seluruhnya terdiri dari neutron. Selain itu, medan gravitasi yang sangat besar di dalam bintang neutron, satu miliar kali lebih kuat dari Matahari, pada prinsipnya dapat secara signifikan meningkatkan interaksi [bintang neutron] dengan materi gelap."
Mari kita ingat bahwa sinyal dari pulsar datang dengan periodisitas yang ketat, terkadang dengan akurasi nanodetik. Karena gerakan bintang neutron di orbitnya, waktu kedatangan pulsa bergeser, yang memungkinkan untuk mengembalikan parameter lintasan. Orbit pulsar paling stabil dapat dihitung dengan kesalahan kurang dari 30 meter.
Yang paling cocok dalam pengertian ini adalah bintang neutron PSR J1713 + 0747, yang terletak sekitar 3800 tahun cahaya dari Bumi. Ini adalah salah satu pulsar paling stabil yang diketahui umat manusia, dengan periode antara pulsa hanya 4,6 milidetik. PSR J1713 + 0747 adalah sistem biner dengan katai putih. Sangatlah beruntung bahwa periode gerakan orbit pulsar mencapai 68 hari Bumi.
Mari kita jelaskan bahwa semakin lama periode orbitnya, sistem akan semakin sensitif terhadap pelanggaran prinsip ekivalensi yang lemah. Inilah perbedaannya dengan uji prediksi konvensional dalam relativitas umum, yang membutuhkan sistem seketat mungkin.
Pulsar dan katai putih memiliki massa yang berbeda dan struktur internal yang berbeda. Gravitasi, menurut relativitas umum, tidak memperdulikan hal ini, dan percepatan jatuh bebas di medan gravitasi materi gelap untuk kedua benda akan sama. Tetapi jika dari sisi zat ini masih terdapat semacam gaya tarik atau tolakan (gaya hipotesis yang sama kelima), percepatan tambahan yang diberikan padanya mungkin bergantung pada parameter-parameter ini. Dalam hal ini, orbit pulsar akan berubah secara bertahap.
Untuk mendeteksi perubahan tersebut, tim Shao memproses hasil pengamatan lebih dari 20 tahun sistem dengan teleskop radio dari proyek EPTA Eropa dan NANOGrav Amerika. Tidak ada perubahan orbit yang dapat dideteksi. Ini berarti bahwa dalam kasus sistem spesifik tertentu dan materi gelap di sekitarnya, prinsip kesetaraan yang lemah dipenuhi dengan akurasi yang kira-kira sama seperti dalam eksperimen "bulan".
Namun, intinya mungkin kepadatan materi gelap di sini tidak cukup tinggi. "Tempat pengujian" yang ideal adalah pusat galaksi, tempat materi gelap terakumulasi karena daya tarik yang kuat dari materi biasa. Berdasarkan ini, tim mencari pulsar yang cocok dalam jarak 10 parsec dari pusat Bima Sakti. Penemuan seperti itu dapat meningkatkan keakuratan percobaan dengan beberapa kali lipat.
Mari kita ingat bahwa Vesti. Nauka telah menulis tentang interaksi hipotetis non-gravitasi materi gelap dengan materi biasa dan radiasi. Hanya saja bukan tentang pengaruhnya terhadap lintasan benda langit, melainkan tentang pengaruh lainnya. Jadi, materi gelap mungkin bertanggung jawab atas kelebihan positron di dekat Bumi, sinar-X aneh dari galaksi, dan pendinginan hidrogen di alam semesta muda.
Anatoly Glyantsev
