È un momento entusiasmante per i campi dell’astronomia, dell’astrofisica e della cosmologia. Grazie a nuovi osservatori, strumenti e tecniche all’avanguardia, gli scienziati sono un passo avanti verso la verifica sperimentale di teorie in gran parte non testate.
Queste teorie rispondono ad alcune delle domande più urgenti che gli scienziati hanno sull’universo e sulle leggi fisiche che lo governano, come la natura della gravità, della materia oscura e dell’energia oscura. Per decenni, gli scienziati hanno ipotizzato che fosse all’opera una fisica aggiuntiva o che il nostro modello cosmologico prevalente dovesse essere rivisto.
Mentre le indagini sull’esistenza e sulla natura della materia oscura e dell’energia oscura sono ancora in corso, ci sono anche tentativi di risolvere questi misteri con il potenziale per una nuova fisica.
In Documento recenteUn team di ricercatori della NASA ha proposto come i veicoli spaziali potrebbero cercare prove di ulteriore fisica all’interno del nostro sistema solare. Sostengono che questa ricerca sarà supportata facendo volare la navicella spaziale in una formazione tetraedrica e utilizzando interferometri. Una missione del genere potrebbe aiutare a risolvere un mistero cosmico che sfugge agli scienziati da più di mezzo secolo.
Una proposta è un'azione Slava G. Turyshevassistente professore di fisica e astronomia presso l'Università della California, Los Angeles (UCLA) e ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA.
Lo raggiunse Xing Wei Qiuun fisico sperimentale presso la NASA JPL, e Nan Yu, assistente professore presso l'Università della Carolina del Sud e ricercatore senior presso la NASA JPL. Il loro articolo è recentemente apparso online ed è stato accettato per la pubblicazione in Revisione fisica d.
L'esperienza di Turyshev include l'essere a Laboratorio Gravità e Recupero Interni (GRAIL) membro del team scientifico della missione. Nel lavoro precedente, Turyshev e i suoi colleghi hanno studiato come inviare una missione verso il Sole Lente gravitazionale solare (SGL) potrebbe rivoluzionare l'astronomia.
Al concept paper è stato assegnato un A Borsa di studio di terza fase nel 2020 attraverso il programma Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA. In uno studio precedente, lui e l’astronomo del progetto SETI Claudio Macon hanno anche esaminato come le civiltà avanzate potrebbero usarlo SGL per la trasmissione di potenza Da un sistema solare all'altro.
Riassumendo, la lente gravitazionale è un fenomeno in cui i campi gravitazionali modificano la curvatura dello spaziotempo nelle loro vicinanze. Questo effetto fu originariamente previsto e utilizzato da Einstein nel 1916 Arthur Eddington nel 1919 Per confermare le sue parole Relatività generale (GR).
Tuttavia, tra gli anni ’60 e ’90, le osservazioni delle curve di rotazione delle galassie e dell’espansione dell’universo hanno dato origine a nuove teorie riguardanti la natura della gravità su scale cosmiche più grandi. Da un lato, gli scienziati hanno ipotizzato l’esistenza della materia oscura e dell’energia oscura per conciliare le loro osservazioni con la GR.
D'altra parte, gli scienziati hanno sviluppato teorie alternative sulla gravità (come la dinamica newtoniana modificata (MOND), la gravità modificata (MOG), ecc.). Nel frattempo, altri hanno suggerito che potrebbe esserci ulteriore fisica nell’universo di cui non siamo ancora a conoscenza. Come ha detto Turyshev a Universe Today via e-mail:
“Siamo ansiosi di esplorare le domande che circondano i misteri dell'energia oscura e della materia oscura. Sebbene siano stati scoperti nel secolo scorso, le loro cause fondamentali rimangono sfuggenti. Se queste “anomalie” derivano dalla nuova fisica, sono fenomeni che non sono ancora stati scoperti. osservato sulla Terra.” “Laboratori o acceleratori di particelle: questo nuovo potere potrebbe essere dimostrato su scala del sistema solare.”
Nel loro ultimo studio, Turyshev e i suoi colleghi hanno studiato come una serie di veicoli spaziali che volano in una formazione tetraedrica sondano il campo gravitazionale del Sole.
Queste indagini cercheranno deviazioni dalle previsioni della relatività generale sulla scala del sistema solare, cosa che finora non è stata possibile, ha detto Turyshev.
“Si suppone che queste deviazioni appaiano come componenti diverse da zero del tensore del gradiente di gravità (GGT), che è simile alla soluzione dell’equazione di Poisson.
A causa della loro minuscola natura, il rilevamento di queste anomalie richiede una precisione che supera di gran lunga le capacità attuali, di almeno cinque ordini di grandezza. A un livello di risoluzione così elevato, molti effetti noti introdurranno un rumore significativo.
La strategia prevede l’esecuzione di misurazioni differenziali per annullare l’influenza delle forze conosciute, rivelando così contributi sottili, ma diversi da zero, alla GGT.
Turyshev ha affermato che la missione utilizzerà tecniche di misurazione locali che si basano su una serie di interferometri. Ciò include il raggio laser interventistico, una tecnica da lui dimostrata Ripristina la gravità e continua l'esperimento sul clima Missione GRACE-FO, una coppia di veicoli spaziali che si affida alla portata laser per tracciare gli oceani, i ghiacciai, i fiumi e le acque superficiali della Terra.
La stessa tecnica verrà utilizzata anche per studiare le onde gravitazionali dalla sonda spaziale proposta Antenna per interferometria laser (Lisa).
La navicella sarà inoltre dotata di interferometri atomici, che verranno utilizzati Onda La natura degli atomi misura la differenza di fase tra onde di materia atomica lungo percorsi diversi. Questa tecnologia consentirà alla navicella spaziale di rilevare la presenza di rumore non gravitazionale (attività di spinta, pressione della radiazione solare, forze di ritorno termico, ecc.) e di annullarlo nella misura necessaria.
Nel frattempo, volare in formazione tetraedrica migliorerà la capacità dei veicoli spaziali di confrontare le misurazioni.
“Il raggio laser ci fornirà dati molto accurati sulle distanze e velocità relative tra i veicoli spaziali”, ha detto Turyshev.
“Inoltre, la sua eccezionale precisione ci permetterà di misurare la rotazione di una configurazione tetraedrica rispetto a un sistema di riferimento inerziale (tramite le osservazioni di Sagnac), un compito che non può essere raggiunto con nessun altro mezzo. Pertanto, ciò creerà una configurazione tetraedrica che si avvale di una serie di indicatori di misurazioni locali.”
In definitiva, questa missione testerà le risorse genetiche su scala più piccola, cosa che finora è mancata gravemente. Mentre gli scienziati continuano a esplorare l’effetto dei campi gravitazionali sullo spaziotempo, si sono in gran parte limitati a utilizzare le galassie e gli ammassi di galassie come lenti.
Altri esempi includono osservazioni di oggetti compatti (come le stelle nane bianche) e di buchi neri supermassicci (SMBH) come Sagittarius A* – che si trova al centro della Via Lattea.
“Il nostro obiettivo è migliorare l’accuratezza dei test GR e delle teorie alternative sulla gravità di oltre cinque ordini di grandezza.
Oltre a questo obiettivo primario, la nostra tesi ha ulteriori obiettivi scientifici, che descriveremo in dettaglio nel nostro articolo successivo. Questi includono il test della GR e altre teorie sulla gravità, il rilevamento di onde gravitazionali nella gamma dei microhertz – uno spettro inaccessibile da strumenti esistenti o previsti – e l’esplorazione di aspetti del sistema solare, come un ipotetico Pianeta 9, tra gli altri sforzi.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato da L'universo oggi. Leggi il Articolo originale.
