Radicale NASA-studie zegt dat deze ruimtevaartuigformatie nieuwe natuurkunde zou kunnen onthullen: ScienceAlert

Het is een spannende tijd voor de vakgebieden astronomie, astrofysica en kosmologie. Dankzij baanbrekende nieuwe observatoria, instrumenten en technieken zijn wetenschappers een stap dichter bij experimentele verificatie van grotendeels ongeteste theorieën.

Deze theorieën beantwoorden enkele van de meest prangende vragen die wetenschappers hebben over het universum en de fysische wetten die het beheersen, zoals de aard van de zwaartekracht, donkere materie en donkere energie. Decennia lang hebben wetenschappers aangenomen dat er ofwel aanvullende natuurkunde aan het werk is, ofwel dat ons heersende kosmologische model herzien moet worden.

Hoewel het onderzoek naar het bestaan ​​en de aard van donkere materie en donkere energie nog steeds gaande is, zijn er ook pogingen om deze mysteries op te lossen met het potentieel voor nieuwe natuurkunde.

in Recent artikelEen team van NASA-onderzoekers heeft voorgesteld hoe ruimtevaartuigen kunnen zoeken naar bewijs van aanvullende fysica binnen ons zonnestelsel. Ze beweren dat dit onderzoek zal worden ondersteund door het ruimtevaartuig in een tetraëdrische formatie te laten vliegen en interferometers te gebruiken. Een dergelijke missie zou kunnen helpen bij het oplossen van een kosmisch mysterie dat wetenschappers al meer dan een halve eeuw ontgaat.

Een voorstel is een actie Slava G. Turyshevassistent-professor natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA) en onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory.

Hij sloot zich bij hem aan Xing Wei Qiueen experimenteel natuurkundige bij NASA JPL, en Nan Yu, assistent-professor aan de Universiteit van South Carolina en senior onderzoeker bij NASA JPL. Hun artikel verscheen onlangs online en is geaccepteerd voor publicatie in Fysieke beoordeling d.

De ervaring van Turyshev omvat onder meer het zijn van een Laboratorium voor zwaartekracht en interieurherstel (GRAIL) lid van het wetenschapsteam van de missie. In eerder werk onderzochten Turyshev en zijn collega's hoe ze een missie naar de zon konden sturen Zwaartekrachtlenzen op zonne-energie (SGL) zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de astronomie.

Het conceptpaper werd bekroond met een A Beurzen in de derde fase in 2020 via NASA's Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programma. In een eerdere studie keken hij en SETI-projectastronoom Claudio Macon ook naar hoe geavanceerde beschavingen er gebruik van zouden kunnen maken SGL's voor krachtoverbrenging Van het ene zonnestelsel naar het andere.

Samenvattend kan worden gezegd dat zwaartekrachtlensvorming een fenomeen is waarbij zwaartekrachtvelden de kromming van de ruimtetijd in hun omgeving veranderen. Dit effect werd oorspronkelijk voorspeld en gebruikt door Einstein in 1916 Arthur Eddington in 1919 Om zijn woorden te bevestigen Algemene relativiteit (GR).

Tussen de jaren zestig en negentig gaven observaties van de rotatiecurven van sterrenstelsels en de uitdijing van het heelal echter aanleiding tot nieuwe theorieën over de aard van de zwaartekracht op grotere kosmische schalen. Aan de ene kant veronderstelden wetenschappers het bestaan ​​van donkere materie en donkere energie om hun waarnemingen met GR te verzoenen.

Aan de andere kant hebben wetenschappers alternatieve zwaartekrachttheorieën ontwikkeld (zoals Modified Newtonian Dynamics (MOND), Modified Gravity (MOG), enz.). Ondertussen hebben anderen gesuggereerd dat er mogelijk aanvullende fysica in het universum bestaat waarvan we ons nog niet bewust zijn. Zoals Turyshev via e-mail aan Universe Today vertelde:

‘We willen graag de vragen rond de mysteries van donkere energie en donkere materie onderzoeken. Hoewel ze in de vorige eeuw zijn ontdekt, blijven hun fundamentele oorzaken ongrijpbaar. Als deze ‘afwijkingen’ voortkomen uit de nieuwe natuurkunde – zijn het fenomenen die nog niet zijn ontdekt. waargenomen op aarde.” “Laboratoria of deeltjesversnellers – deze nieuwe kracht zou op de schaal van het zonnestelsel kunnen worden gedemonstreerd.”

In hun laatste onderzoek onderzochten Turyshev en zijn collega's hoe een reeks ruimtevaartuigen die in een tetraëdrische formatie vliegen het zwaartekrachtveld van de zon onderzoeken.

Deze onderzoeken zullen zoeken naar afwijkingen van de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie op de schaal van het zonnestelsel, iets dat tot nu toe niet mogelijk was, zei Turyshev:

“Deze afwijkingen zouden moeten verschijnen als niet-nulcomponenten van de zwaartekrachtgradiënttensor (GGT), die verwant is aan de oplossing van de Poisson-vergelijking.

Vanwege hun kleine aard vereist het detecteren van deze anomalieën een precisie die de huidige mogelijkheden ruimschoots overtreft – met minstens vijf ordes van grootte. Bij een dergelijk hoog resolutieniveau zullen veel bekende effecten aanzienlijke ruis veroorzaken.

De strategie omvat het uitvoeren van differentiële metingen om de invloed van bekende krachten teniet te doen, waardoor subtiele, maar niet-nul, bijdragen aan de GGT aan het licht komen.

Turyshev zei dat de missie lokale meettechnieken zal gebruiken die afhankelijk zijn van een reeks interferometers. Dit omvat interventionele laserbereik, een techniek die hij demonstreerde Herstel de zwaartekracht en zet het klimaatexperiment voort GRACE-FO-missie, een tweetal ruimtevaartuigen die afhankelijk zijn van laserbereik om de oceanen, gletsjers, rivieren en oppervlaktewateren van de aarde te volgen.

Dezelfde techniek zal ook worden gebruikt om zwaartekrachtgolven door het voorgestelde ruimtevaartuig te onderzoeken Laserinterferometrie-antenne (Lisa).

Het ruimtevaartuig zal ook worden uitgerust met atomaire interferometers, die worden gebruikt Golf De aard van atomen om het verschil in fase tussen golven van atomaire materie langs verschillende paden te meten. Deze technologie zal het ruimtevaartuig in staat stellen de aanwezigheid van niet-zwaartekrachtruis (stuwkracht, zonnestralingsdruk, thermische terugslagkrachten, enz.) te detecteren en deze in de noodzakelijke mate teniet te doen.

Ondertussen zal het vliegen in een tetraëdrische formatie het vermogen van ruimtevaartuigen om metingen te vergelijken verbeteren.

“Laserbereik zal ons zeer nauwkeurige gegevens opleveren over de relatieve afstanden en snelheden tussen ruimtevaartuigen”, zei Turyshev.

“Bovendien zal de uitzonderlijke precisie ons in staat stellen de rotatie van een tetraëdrische configuratie te meten ten opzichte van een inertiaal referentiekader (via de observaties van Sagnac), een taak die op geen enkele andere manier kan worden bereikt. Dit zal dus een tetraëdrische configuratie creëren die maakt gebruik van een set indicatoren Lokale metingen.”

Uiteindelijk zal deze missie genetische hulpbronnen op de kleinste schaal testen, iets wat tot nu toe ernstig ontbrak. Hoewel wetenschappers het effect van zwaartekrachtvelden op de ruimtetijd blijven onderzoeken, zijn ze grotendeels beperkt gebleven tot het gebruik van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels als lenzen.

Andere voorbeelden zijn waarnemingen van compacte objecten (zoals witte dwergsterren) en superzware zwarte gaten (SMBH) zoals Sagittarius A* – die zich in het centrum van de Melkweg bevindt.

“We streven ernaar om de nauwkeurigheid van GR-tests en alternatieve zwaartekrachttheorieën met meer dan vijf ordes van grootte te verbeteren.

Naast dit primaire doel heeft ons proefschrift aanvullende wetenschappelijke doelen, die we in ons volgende artikel zullen beschrijven. Deze omvatten onder meer het testen van GR en andere zwaartekrachttheorieën, het detecteren van zwaartekrachtsgolven in het microhertzbereik – een spectrum dat ontoegankelijk is voor bestaande of beoogde instrumenten – en het onderzoeken van aspecten van het zonnestelsel, zoals een hypothetische Planeet 9, naast andere inspanningen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd door Het universum vandaag. Lees de Origineel artikel.