Ett UCLA-ledt team har upptäckt ett nytt sätt att undersöka den hypotetiska femte kraften med två decennier av observationer vid W. M. Keck Observatory, världens mest vetenskapligt produktiva markbaserade teleskop.

Det finns fyra kända krafter i universum:elektromagnetisk kraft, stark kärnkraft, svag kärnkraft, och gravitationskraft. Fysiker vet hur man får de tre första att fungera tillsammans, men gravitationen är den udda. I årtionden, det har funnits teorier om att en femte kraft binder gravitationen till de andra, men ingen har kunnat bevisa det än så länge.

"Det här är riktigt spännande. Det har tagit oss 20 år att komma hit, men nu öppnar vårt arbete med att studera stjärnor i mitten av vår galax en ny metod för att se hur gravitationen fungerar, sa Andrea Ghez, Direktör för UCLA Galactic Center Group och medförfattare till studien.

Forskningen publiceras i det aktuella numret av Fysiska granskningsbrev .

Ghez och hennes medarbetare analyserade extremt skarpa bilder av mitten av vår galax tagen med Keck-observatoriets adaptiva optik (AO). Ghez använde detta banbrytande system för att spåra stjärnornas banor nära det supermassiva svarta hålet som ligger i mitten av Vintergatan. Deras stjärnväg, drivs av tyngdkraften skapad från det supermassiva svarta hålet, kan ge ledtrådar till den femte styrkan.

"Genom att se stjärnorna röra sig över 20 år med mycket exakta mätningar från Keck -observatoriets data, du kan se och sätta begränsningar för hur tyngdkraften fungerar. Om gravitation drivs av något annat än Einsteins teori om allmän relativitet, du kommer att se små variationer i stjärnornas banor "sa Ghez.

Detta är första gången den femte kraftteorin har testats i ett starkt gravitationsfält som det som skapades av det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum. Historiskt sett mätningar av vårt solsystems gravitation skapade av vår sol har använts för att försöka upptäcka den femte kraften, men det har visat sig svårt eftersom dess gravitationsfält är relativt svagt.

"Det är spännande att vi kan göra detta eftersom vi kan ställa en mycket grundläggande fråga - hur fungerar gravitationen?" sa Ghez. "Einsteins teori beskriver det vackert, men det finns massor av bevis som visar att teorin har hål. Bara existensen av supermassiva svarta hål berättar att våra nuvarande teorier om hur universum fungerar är otillräckliga för att förklara vad ett svart hål är. "

Ghez och hennes team, inklusive huvudförfattare Aurelien Hees och medförfattare Tuan Do, båda UCLA, ser fram emot sommaren 2018. Det är då stjärnan S0-2 kommer att vara på sitt närmaste avstånd till vår galaxs supermassiva svarta hål. Detta gör att laget kan se stjärnan dras med maximal gravitationskraft - en punkt där eventuella avvikelser från Einsteins teori förväntas vara störst.