Elise Haynes Astronomia grawitacyjna to stosunkowo nowa dyscyplina, która otworzyła astronomom wiele drzwi do zrozumienia, jak działa masywny, gwałtowny koniec skali. Był używany do mapowania fuzji czarnych dziur i innych ekstremalnych zdarzeń w całym wszechświecie. Zespół z Cal Tech’s Walter Burke Institute for Theoretical Physics uważa, że mają świetne zastosowanie dla nowej technologii – ograniczającej właściwości ciemnej materii.
Jak już wielokrotnie wspominaliśmy, ciemna materia to materia, która stanowi ogromną większość masy we wszechświecie, ale jest niewidoczna dla zwykłych fal elektromagnetycznych, co praktycznie uniemożliwia nam „zobaczenie” jej w taki sposób, jak To. Jednak te cząstki, jeśli w rzeczywistości są, oddziałują z inną podstawową siłą – grawitacją.
co czyni go potencjalnym celem badań prowadzonych przez obserwatoria fal grawitacyjnych (GW). Ale za tą pracą stoją pewne założenia. Po pierwsze, ciemna materia jest „wielkim” zjawiskiem – to znaczy nie podlega domenie mechaniki kwantowej. Jest prawdopodobne, że fale grawitacyjne działają tylko na to, co autorzy nazywają superciężką ciemną materią, co w kontekście odnosi się do masy samych artykułów.
Interferometry zaprojektowane do wykrywania metod grawitacyjnych mogą odbierać sygnały, na które wpływają cząstki wystarczająco ciężkie, aby należeć do tej kategorii. W szczególności cząstki te wpłyną na trzy różne właściwości fal grawitacyjnych, z których dwie autorzy obliczyli po raz pierwszy,
Pierwszym z nich jest efekt Dopplera, o którym uczy się każdy uczeń fizyki w szkole średniej, zwykle na przykładzie karetek pogotowia, które różnią się wyglądem, gdy kierują się w twoją stronę, a nie w inną stronę. To samo zjawisko występuje w przypadku fal grawitacyjnych, ponieważ wpływają one na czasoprzestrzeń w podobny sposób w zależności od tego, jak ich źródło porusza się względem obserwatorium GW.
Aby uzyskać dokładniejsze spojrzenie na to, jaka ciemna materia może wpływać na GW, autorzy patrzą na opóźnienie Shapiro i Einsteina. Opóźnienie Shapiro to zmiana czasu potrzebnego na przebycie sygnału z jednego końca interferometru na drugi. Można to zmienić w zależności od tego, czy gdzieś wzdłuż ramienia interferometru występuje kompresja czasoprzestrzeni. Z drugiej strony opóźnienie Einsteina jest faktycznym opóźnieniem zegara, którego interferometr używa do pomiaru fal grawitacyjnych. Jednak efekt ten znosi się w określonych konfiguracjach interferometru.
To, co autorzy wyciągnęli z tego wszystkiego, to fakt, że najnowocześniejsze obserwatoria GW, które mają wkrótce zostać uruchomione, takie jak eksperyment splątania kwantowego pola grawitacyjnego dla czasoprzestrzeni (GQuEST) w Caltech, powinny być w stanie wykryć ulotną ciemną materię, jeśli tak się stanie. Wystarczająco duży, aby można go było uznać za „bardzo ciężki”. Ale jest jeszcze jeden niuans badań, który jest interesujący i wskazuje na głębsze zrozumienie fizyki fundamentalnej,
Studenci fizyki na całym świecie uczą się podstawowych sił – grawitacji, elektromagnetyzmu oraz silnych i słabych oddziaływań jądrowych. Ale może istnieć piąta siła, która dotychczas była niewidoczna dla naszych obserwacji. Ta siła, znana jako oddziaływanie Yukawa, jest teoretyczną piątą fundamentalną siłą, która działa między ciemną materią a bardziej tradycyjnymi typami cząstek, znanymi studentom fizyki klasycznej — w fizyce teoretycznej są one znane jako bariony. Jak dotąd nie ma żadnych ostatecznych dowodów na to, że ta moc istnieje, ale niektóre eksperymenty zaczynają działać, aby ją ograniczyć. Według artykułu, jeśli istnieją, te detektory GW mogą odegrać rolę w dalszym ich ograniczaniu.
Znalezienie nowej fundamentalnej siły i rozwiązanie zagadki, która nęka fizykę teoretyczną od dziesięcioleci, jest dużym obciążeniem dla stosunkowo nowej nauki. Ale właśnie w ten sposób sama nauka posuwa się naprzód – wykorzystując nowe technologie do dokonywania dalszych pomiarów i potwierdzania lub obalania nowych teorii. Teraz, po długim czasie, nadszedł czas, aby Kula Grawitacji zabłysła.
Ucz się więcej:
Du i in. – Wykrywanie makroskopowej ciemnej materii za pomocą eksperymentów z falami grawitacyjnymi
Utah – Być może wkrótce wykryjemy fale grawitacyjne od umierających gwiazd
Utah – Po dziesięcioleciach obserwacji astronomowie wreszcie wyczuli brzęczącą nutę tła łączenia supermasywnych czarnych dziur
UT – Detektory fal grawitacyjnych: jak działają
główny obraz:
Artystyczna wizja Kosmicznego Odkrywcy, jednego z detektorów fal grawitacyjnych nowej generacji.
Kredyt — Matthew Evans / Dostarczone
