Estudo radical da NASA diz que esta formação de nave espacial pode revelar uma nova física: ScienceAlert

É um momento emocionante para os campos da astronomia, astrofísica e cosmologia. Graças a novos observatórios, instrumentos e técnicas de ponta, os cientistas estão um passo mais perto da verificação experimental de teorias em grande parte não testadas.

Essas teorias abordam algumas das questões mais urgentes que os cientistas têm sobre o universo e as leis físicas que o governam, como a natureza da gravidade, da matéria escura e da energia escura. Durante décadas, os cientistas assumiram que ou a física adicional estava em acção, ou que o nosso modelo cosmológico prevalecente precisava de ser revisto.

Embora a investigação sobre a existência e a natureza da matéria escura e da energia escura ainda esteja em andamento, também há tentativas de resolver esses mistérios com potencial para uma nova física.

em Artigo recenteUma equipe de pesquisadores da NASA propôs como uma espaçonave poderia procurar evidências de física adicional em nosso sistema solar. Eles argumentam que esta pesquisa será apoiada pelo voo da espaçonave em uma formação tetraédrica e pelo uso de interferômetros. Tal missão poderia ajudar a resolver um mistério cósmico que tem escapado aos cientistas há mais de meio século.

Uma proposta é uma ação Slava G. Turyshevprofessor assistente de física e astronomia na Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) e cientista pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

Ele se juntou a ele Xing Wei Qiuum físico experimental da NASA JPL, e Nan Yu, professor assistente da Universidade da Carolina do Sul e cientista pesquisador sênior da NASA JPL. Seu artigo apareceu recentemente on-line e foi aceito para publicação em Revisão física d.

A experiência de Turyshev inclui ser um Laboratório de Gravidade e Recuperação Interior (GRAIL) membro da equipe científica da missão. Em trabalhos anteriores, Turyshev e seus colegas investigaram como enviar uma missão ao Sol Lente gravitacional solar (SGL) poderia revolucionar a astronomia.

O documento conceitual recebeu nota A Bolsa de terceira fase em 2020 por meio do programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA. Em um estudo anterior, ele e o astrônomo do projeto SETI Claudio Macon também analisaram como civilizações avançadas poderiam usá-lo SGLs para transmissão de energia De um sistema solar para outro.

Resumindo, as lentes gravitacionais são um fenômeno no qual os campos gravitacionais alteram a curvatura do espaço-tempo em sua vizinhança. Este efeito foi originalmente previsto e usado por Einstein em 1916 Arthur Eddington em 1919 Para confirmar suas palavras Relatividade geral (GR).

No entanto, entre as décadas de 1960 e 1990, as observações das curvas de rotação das galáxias e da expansão do universo deram origem a novas teorias sobre a natureza da gravidade em escalas cósmicas maiores. Por um lado, os cientistas levantaram a hipótese da existência de matéria escura e energia escura para conciliar as suas observações com a GR.

Por outro lado, os cientistas desenvolveram teorias alternativas da gravidade (como Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND), Gravidade Modificada (MOG), etc.). Enquanto isso, outros sugeriram que pode haver física adicional no universo da qual ainda não temos conhecimento. Como Turyshev disse ao Universe Today por e-mail:

“Estamos interessados ​​em explorar as questões que rodeiam os mistérios da energia escura e da matéria escura. Embora tenham sido descobertas no século passado, as suas causas fundamentais permanecem indefinidas. Se estas 'anomalias' decorrem da nova física – são fenómenos que ainda não foram descobertos. foi observado na Terra.” “Laboratórios ou aceleradores de partículas – este novo poder poderia ser demonstrado na escala do sistema solar.”

No seu último estudo, Turyshev e os seus colegas investigaram como uma série de naves espaciais voando numa formação tetraédrica investiga o campo gravitacional do Sol.

Estas investigações procurarão desvios das previsões da relatividade geral na escala do sistema solar, algo que não foi possível até agora, disse Turyshev.

“Esses desvios deveriam aparecer como componentes diferentes de zero do tensor de gradiente de gravidade (GGT), que é semelhante à solução da equação de Poisson.

Devido à sua natureza minúscula, a detecção destas anomalias requer uma precisão que excede em muito as capacidades actuais – em pelo menos cinco ordens de grandeza. Com um nível de resolução tão alto, muitos efeitos conhecidos introduzirão ruído significativo.

A estratégia envolve a realização de medições diferenciais para anular a influência de forças conhecidas, revelando assim contribuições sutis, mas diferentes de zero, para o GGT.

Turyshev disse que a missão utilizará técnicas de medição locais que dependem de uma série de interferômetros. Isso inclui alcance intervencionista a laser, uma técnica que ele demonstrou Restaure a gravidade e continue o experimento climático Missão GRACE-FO, um par de espaçonaves que depende de laser para rastrear os oceanos, geleiras, rios e águas superficiais da Terra.

A mesma técnica também será usada para investigar ondas gravitacionais pela espaçonave proposta Antena de interferometria a laser (Lisa).

A espaçonave também será equipada com interferômetros atômicos, que são utilizados Aceno A natureza dos átomos para medir a diferença de fase entre ondas de matéria atômica ao longo de diferentes caminhos. Esta tecnologia permitirá à nave espacial detectar a presença de ruído não gravitacional (atividade de impulso, pressão da radiação solar, forças de recuo térmico, etc.) e anulá-lo na medida necessária.

Entretanto, voar numa formação tetraédrica melhorará a capacidade da nave espacial de comparar medições.

“A medição do laser nos fornecerá dados muito precisos sobre as distâncias e velocidades relativas entre as espaçonaves”, disse Turyshev.

“Além disso, sua precisão excepcional nos permitirá medir a rotação de uma configuração tetraédrica em relação a um referencial inercial (através das observações de Sagnac), uma tarefa que não pode ser alcançada por nenhum outro meio. Assim, isso criará uma configuração tetraédrica que faz uso de um conjunto de indicadores Medições locais.”

Em última análise, esta missão testará os recursos genéticos nas menores escalas, algo que tem estado em falta até agora. Embora os cientistas continuem a explorar o efeito dos campos gravitacionais no espaço-tempo, têm-se limitado em grande parte a usar galáxias e aglomerados de galáxias como lentes.

Outros exemplos incluem observações de objetos compactos (como estrelas anãs brancas) e buracos negros supermassivos (SMBH), como Sagitário A* – que está localizado no centro da Via Láctea.

“Nosso objetivo é aumentar a precisão dos testes GR e das teorias alternativas da gravidade em mais de cinco ordens de magnitude.

Além deste objetivo principal, nossa tese tem objetivos científicos adicionais, que detalharemos em nosso artigo subsequente. Estes incluem testar GR e outras teorias da gravidade, detectar ondas gravitacionais na faixa de microhertz – um espectro inacessível por instrumentos existentes ou imaginados – e explorar aspectos do sistema solar, como um hipotético Planeta 9, entre outros empreendimentos.

Este artigo foi publicado originalmente por O universo hoje. Leia o Artigo original.