Det är en spännande tid för områdena astronomi, astrofysik och kosmologi. Tack vare banbrytande observatorier, instrument och nya tekniker kommer forskare närmare experimentellt verifiera teorier som i stort sett förblir oprövade. Dessa teorier tar upp några av de mest angelägna frågorna som forskare har om universum och de fysiska lagarna som styr det – som gravitationens natur, mörk materia och mörk energi.

I decennier har forskare postulerat att antingen finns det ytterligare fysik på gång eller att vår dominerande kosmologiska modell behöver revideras.

Medan utredningen om existensen och naturen av mörk materia och mörk energi pågår, finns det också försök att lösa dessa mysterier med den möjliga existensen av ny fysik. I en artikel föreslog ett team av NASA-forskare hur rymdfarkoster kunde söka efter bevis på ytterligare fysiska inom våra solsystem. Denna sökning, hävdar de, skulle assisteras av rymdfarkosten som flyger i en tetraedrisk formation och använder interferometrar. Ett sådant uppdrag skulle kunna hjälpa till att lösa ett kosmologiskt mysterium som har gäckat forskare i över ett halvt sekel.

Förslaget är ett arbete av Slava G. Turyshev, en adjungerad professor i fysik och astronomi vid University of California Los Angeles (UCLA) och forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory. Han fick sällskap av Sheng-wey Chiow, en experimentell fysiker vid NASA JPL, och Nan Yu, en adjungerad professor vid University of South Carolina och en senior forskare vid NASA JPL.

Deras forskningsartikel har dykt upp online och har godkänts för publicering i Physical Review D .

Turyshevs erfarenhet inkluderar att vara medlem i vetenskapsteamet för Gravity Recovery And Interior Laboratory (GRAIL). I tidigare arbeten har Turyshev och hans kollegor undersökt hur ett uppdrag till solens solar gravitationslins (SGL) skulle kunna revolutionera astronomi. I en tidigare studie övervägde han och SETI-astronomen Claudio Maccone också hur avancerade civilisationer kunde använda SGL:er för att överföra kraft från ett solsystem till ett annat.

För att sammanfatta är gravitationslinsning ett fenomen där gravitationsfält förändrar krökningen av rumtiden i deras närhet. Denna effekt förutspåddes ursprungligen av Einstein 1916 och användes av Arthur Eddington 1919 för att bekräfta hans allmänna relativitetsteori (GR). Men mellan 1960- och 1990-talen gav observationer av galaxernas rotationskurvor och universums expansion upphov till nya teorier om gravitationens natur över större kosmiska skalor. Å ena sidan postulerade forskare förekomsten av mörk materia och mörk energi för att förena sina observationer med GR.

Å andra sidan har forskare utvecklat alternativa teorier om gravitation (som modifierad Newtonsk dynamik (MOND), modifierad gravitation (MOG), etc.). Samtidigt har andra föreslagit att det kan finnas ytterligare fysik i kosmos som vi ännu inte är medvetna om.

Som Turyshev sa till Universe Today via e-post, "Vi är ivriga att utforska frågor kring mörk energis och mörk materias mysterier. Trots deras upptäckt under det senaste århundradet förblir deras underliggande orsaker svårfångade. Skulle dessa "avvikelser" härröra från ny fysik-fenomen ännu inte observerats i markbaserade laboratorier eller partikelacceleratorer – det är möjligt att denna nya kraft kan manifestera sig på en solsystemskala."

För sin senaste studie undersökte Turyshev och hans kollegor hur en serie rymdskepp som flyger i en tetraedrisk formation kunde undersöka solens gravitationsfält. Dessa undersökningar, sade Turyshev, skulle söka efter avvikelser från förutsägelserna av allmän relativitet på solsystemsskalan, något som hittills inte har varit möjligt.

"Dessa avvikelser antas manifestera sig som icke-nollelement i gravitationsgradienttensorn (GGT), i grunden besläktad med en lösning av Poissons ekvation. På grund av deras ringa natur kräver detektering av dessa avvikelser precision som vida överträffar strömkapaciteten - med minst fem ordningsföljder. Vid en sådan ökad noggrannhetsnivå kommer många välkända effekter att introducera betydande brus. Strategin innebär att man utför differentiella mätningar för att upphäva effekterna av kända krafter, och därigenom avslöja de subtila, men ändå icke-noll, bidragen till GGT. /P>

Uppdraget, sade Turyshev, skulle använda lokala mättekniker som förlitar sig på en serie interferometrar. Detta inkluderar interferometrisk laseravståndsmätning, en teknik som demonstreras av uppdraget Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), ett rymdfarkostpar som förlitar sig på laseravståndssökning för att spåra jordens hav, glaciärer, floder och ytvatten. Samma teknik kommer också att användas för att undersöka gravitationsvågor av den föreslagna rymdbaserade Laser Interferometry Space Antenna (LISA).

Rymdfarkosten kommer också att utrustas med atominterferometrar, som använder atomernas vågkaraktär för att mäta fasskillnaden mellan atommateriavågor längs olika banor. Denna teknik kommer att göra det möjligt för rymdfarkosten att upptäcka förekomsten av icke-gravitationsbrus (propelleraktivitet, solstrålningstryck, termiska rekylkrafter, etc.) och eliminera dem i nödvändig grad. Samtidigt kommer att flyga i en tetraedrisk formation optimera rymdfarkostens förmåga att jämföra mätningar.

"Laseravståndsmätning kommer att erbjuda oss mycket exakta data om avstånd och relativa hastigheter mellan rymdfarkoster," sa Turyshev. "Dessutöver kommer dess exceptionella precision att tillåta oss att mäta rotationen av en tetraederformation i förhållande till en tröghetsreferensram (via Sagnac observables), en uppgift som inte kan uppnås på något annat sätt. Följaktligen kommer detta att etablera en tetraedrisk formation som utnyttjar en svit av lokala mått."

I slutändan kommer detta uppdrag att testa GR på den minsta skalan, vilket har saknats mycket hittills. Medan forskare fortsätter att undersöka effekten av gravitationsfält på rymdtiden, har dessa till stor del varit begränsade till att använda galaxer och galaxhopar som linser. Andra exempel inkluderar observationer av kompakta objekt (som vita dvärgstjärnor) och supermassiva svarta hål (SMBH) som Skytten A* – som finns i mitten av Vintergatan.

"Vi strävar efter att förbättra precisionen i att testa GR och alternativa gravitationsteorier med mer än fem storleksordningar. Utöver detta primära mål har vårt uppdrag ytterligare vetenskapliga mål, som vi kommer att beskriva i vår efterföljande artikel. Dessa inkluderar testning av GR och annan gravitation. teorier, detektering av gravitationsvågor i mikro-Hertz-området – ett spektrum som inte kan nås av befintliga eller tänkta instrument – ​​och utforska aspekter av solsystemet, såsom den hypotetiska Planet 9, bland andra ansträngningar."

Mer information: Slava G. et al, Söker efter ny fysik i solsystemet med tetraedriska rymdfarkostformationer. Fysisk granskning D (2024) journals.aps.org/prd/accepted/ … ee5be88d58bf89a046a3

Journalinformation: Fysisk granskning D

Tillhandahålls av Universe Today