RW Space

Это захватывающее время для астрономии, астрофизики и космологии. Благодаря новейшим обсерваториям, инструментам и новым технологиям ученые приближаются к экспериментальной проверке теорий, которые остаются в значительной степени непроверенными.

Эти теории отвечают на некоторые из наиболее актуальных вопросов, которые возникают у ученых о Вселенной и физическом мире. законы, управляющие им – такие как природа гравитации, Темной Материи и Темной Энергии. На протяжении десятилетий ученые постулировали, что либо существует дополнительная физика, либо наша преобладающая космологическая модель должна быть пересмотрена.

Хотя исследование существования и природы Темной Материи и Темной Энергии продолжается, существуют Это также попытки разгадать эти загадки, связанные с возможным существованием новой физики.

В недавней статье группа исследователей НАСА предложила, как космические корабли могли бы искать доказательства существования дополнительной физики в нашей Солнечной системе. Они утверждают, что этому поиску будут способствовать космические корабли, летающие в тетраэдрической формации и использующие интерферометры. Такая миссия могла бы помочь разрешить космологическую загадку, которая ускользала от ученых более полувека.

Это предложение является работой Славы Г. Турышева, адъюнкт-профессора физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Анхелес (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) и научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА.

К нему присоединились Шэн-Вей Чиоу, физик-экспериментатор из Лаборатории реактивного движения НАСА, и Нан Ю, адъюнкт-профессор Университета Южной Каролины и старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА. Их исследовательская работа недавно появилась в Интернете и была принята к публикации в Physical Review D.

Опыт Турышева включает в себя работу в качестве члена научной группы миссии Лаборатории гравитационного восстановления и внутренних процессов (GRAIL). В предыдущей работе Турышев и его коллеги исследовали, как миссия к солнечной гравитационной линзе (SGL) может произвести революцию в астрономии.

В 2020 году концептуальный документ получил грант III фазы от организации Innovative Advanced Concepts НАСА (( NIAC) программа. В предыдущем исследовании он и астроном SETI Клаудио Макконе также рассмотрели, как развитые цивилизации могли бы использовать SGL для передачи энергии из одной солнечной системы в другую.

Подводя итог, гравитационное линзирование — это явление, при котором гравитационные поля изменяют искривление пространства-времени в их окрестностях. Этот эффект был первоначально предсказан Эйнштейном в 1916 году и использован Артуром Эддингтоном в 1919 году для подтверждения его общей теории относительности (ОТО).

Однако между 1960-ми и 1990-ми годами наблюдения за кривыми вращения галактик и расширением Вселенной породили новые теории относительно природы гравитации на более крупных космических объектах. Весы. С одной стороны, ученые постулировали существование темной материи и темной энергии, чтобы согласовать свои наблюдения с ОТО.

С другой стороны, ученые выдвинули альтернативные теории гравитации (например, Модифицированную ньютоновскую динамику (МОНД)). , Модифицированная гравитация (MOG) и т. д.). Между тем, другие предполагают, что в космосе может существовать дополнительная физика, о которой мы пока не знаем. Как рассказал Турышев Universe Today по электронной почте:

«Мы стремимся исследовать вопросы, связанные с тайнами темной энергии и темной материи. Несмотря на их открытие в последнее время столетия, их основные причины остаются неуловимыми. Если эти «аномалии» связаны с новой физикой — явлениями, которые еще предстоит наблюдать в наземных лабораториях или ускорителях частиц — возможно, что эта новая сила может проявиться в масштабах Солнечной системы».

В своем последнем исследовании Турышев и его коллеги исследовали, как серия космических кораблей, летающих в тетраэдрической формации, может исследовать гравитационное поле Солнца.

Эти исследования, по словам Турышева, будут направлены на поиск отклонений от предсказаний общей теории относительности в масштабе Солнечной системы, что на сегодняшний день невозможно:

«Предполагается, что эти отклонения проявляются как ненулевые элементы в тензоре гравитационного градиента (GGT), что по сути похоже на решение уравнения Пуассона.

Из-за их незначительной природы обнаружение этих отклонений требует точности, намного превосходящей текущие возможности — как минимум на пять порядков величина. При таком повышенном уровне точности многочисленные хорошо известные эффекты будут вносить значительный шум.

Стратегия предполагает проведение дифференциальных измерений, чтобы свести на нет влияние известных сил, тем самым выявляя тонкие, но ненулевые вклады в GGT.»

Миссия, по словам Турышева, будет использовать методы локальных измерений, основанные на серии интерферометров. Это включает в себя интерферометрическую лазерную локацию, метод, продемонстрированный в ходе гравитационного восстановления и климатического эксперимента. -В миссии (GRACE-FO) пара космических аппаратов, которая использует лазерную дальномерную систему для отслеживания океанов, ледников, рек и поверхностных вод Земли.

Та же техника будет также использоваться для исследования гравитационных волн с помощью предлагаемая космическая антенна лазерной интерферометрии космического базирования (LISA).

Космический корабль также будет оснащен атомными интерферометрами, которые используют волновой характер атомов для измерения разницы в фазе между волнами атомной материи на разных путях. . Эта методика позволит космическому кораблю обнаружить наличие негравитационных шумов (активность двигателя, давление солнечного излучения, силы тепловой отдачи и т. д.) и в необходимой степени нейтрализовать их.

Между тем, полет в Формирование тетраэдра оптимизирует способность космических кораблей сравнивать измерения.

«Лазерная локация предоставит нам высокоточные данные о расстояниях и относительных скоростях между космическими кораблями», — сказал Турышев.

«Кроме того, его исключительная точность позволит нам измерить вращение тетраэдрического образования относительно инерциальной системы отсчета (с помощью наблюдаемых Саньяка), а это задача, невыполнимая никакими другими способами. Следовательно, это создаст тетраэдрическую формацию, используя набор местных измерений».

В конечном счете, эта миссия проверит ОТО в наименьших масштабах, которых на сегодняшний день катастрофически не хватает. Хотя ученые продолжают исследовать влияние гравитационных полей на пространство-время, они в основном ограничиваются использованием галактик и скоплений галактик в качестве линз.

Другие примеры включают наблюдения компактных объектов (например, белых карликов) и сверхмассивных черных карликов. дыры (SMBH), такие как Стрелец A* – которая находится в центре Млечного Пути.

«Мы стремимся повысить точность тестирования ОТО и альтернативных гравитационных теорий более чем на пять порядков.

Помимо этой основной цели, у нашей миссии есть дополнительные научные цели, о которых мы подробно расскажем в нашей следующей статье. К ним относятся проверка ОТО и других гравитационных теорий, обнаружение гравитационных волн. в диапазоне микрогерц — спектре, недосягаемом существующими или предполагаемыми инструментами — и изучение аспектов Солнечной системы, таких как гипотетическая Планета 9, среди других начинаний.»

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите оригинал статьи.