Tamsiąją materiją padės rasti GPS

TM prigimtis išslysta iš mokslininkų rankų nuo pat jos atradimo XX a. ketvirtajame dešimtmetyje. Tuo metu išsiaiškinta, kad atsižvelgiant tik į regimosios, barioninės medžiagos, iš kurios susideda žvaigždės, planetos ir mes, įtaką, žvaigždės mūsų galaktikoje juda ne taip, kaip turėtų.

Šio neatitikimo paaiškinimui astrofizikoje atsirado tamsiosios materijos sąvoka – tai yra, slaptos masės, kurią stebėti galima tik pagal netiesioginį poveikį, pavyzdžiui, gravitacinį poveikį dangaus kūnams.

Tiesą sakant, gravitacija – vienintelė tamsiosios ir įprastosios materijos sąveikos forma. Iš pirmo žvilgsnio tai gali pasirodyti kaip kažkas nesvarbaus – na ir kas, didelio čia daikto, nematoma masė, praktiškai niekaip su mūsų pasauliu nesąveikaujanti.

Tačiau pažvelgus atidžiau, paaiškėja, kad TM sudaro 26,8% visatos masės-energijos. Kitaip tariant, tokios įspūdingos visatos pyrago dalies įtaka didžiulė, ką ir regime pagal vidinę galaktikų dinamiką, – tyrimai parodė, kad liūto dalį jų sudaro būtent nematoma paslaptinga TM.

Kyla logiškas klausimas: iš ko TM sudaryta, ir kaip ją galima aptikti?

Tamsiosios dalelės

Nuo pirmųjų netiesioginių TM stebėjimo laikų radosi daugybė jos prigimties hipotezių. Pavyzdžiui, populiariausiame – Standartiniame – visatos kosmologiniame modelyje modelyje yra griežta visos materijos ir energijos klasifikacija į elementariąsias daleles. Atitinkamai ir TM pagal šį modelį turi susidėti iš tam tikrų dalelių.

Į TM vaidmenį taikėsi tiek jau žinomos dalelės (lengvieji ir sunkieji neutrinai), tiek ir hipotetinės, kurias labai aktyviai bandoma rasti, tiesa, kol kas nesėkmingai. Tai, pavyzdžiui, aksionai ir vimpai. Beje, kandidatai į aksionus, neseniai buvo netiesiogiai užfiksuoti Žemės magnetosferoje, tačiau tai dar reikia patvirtinti. Verta paminėti, kad tamsioji materija nebūtinai susideda iš vienos rūšies elementariųjų dalelių. Labai gali būti, kad ją sudaro daug komponentų, o ne vienas.

Visatos defektai

Maksimas Pospelovas ir Andrejus Derevianko, rusų kilmės Kanados ir Amerikos mokslininkai, siūlo išeiti už Standartinio modelio ribų ir patikrinti egzotiškesnį teorinį modelį.

Savo straipsnyje, publikuotame žurnale Nature Physics, mokslininkai kalba apie vadinamąją topologinę tamsiąją materiją. Topologija čia vadinama vakuumo energijos, kaip tam tikras lauko, pasiskirstymas visatoje. Teorija skelbia, kad šiam laukui netolygiai vystantis, jame atsirado energetiniai netolygumai, vėliau susidurdavę tarpusavyje ir suformavę „topologinius defektus“ – egzotiškas erdvės sritis su nestandartinėmis charakteristikomis.

Anksčiau jau vykdyti tyrimai, kuriuose buvo daromos prielaidos, jog tokiuose topologiniuose defektuose yra pakankamai energijos, (o tai reiškia ir masės), kas daro juos patraukliais TM komponento kandidatais.

Baigęs MFTI Poslepovas, dabar dirbantis Viktorijos universitete, drauge su Novosibirsko universiteto absolventu Derevianko iš Nevados universiteto pasiūlė įdomų topologinių defektų egzistavimo patikrinimo būdą.

Tam nereikės statyti brangios laboratorijos ar paleisti jutiklius į kosmosą. Viskas, ko reikia eksperimentui, jau funkcionuoja Žemės orbitoje. Kalbame apie globalių navigacijos sistemų – GPS ir GLONASS – palydovus.

Reikalas tas, kad tuose palydovuose įtaisomi jautriausi žmogaus kada nors sukurti instrumentai – atominiai laikrodžiai. Be to, laikrodžiai kiekvienoje pozicinėje sistemoje praktiškai idealiai sinchronizuoti vienas su kitu, o jų (tiksliau, geriausių Žemės analogų) paklaida lygi 1 sekundei per 14 milijardų metų.

Anomalijų kronika

Tai turėtų veikti taip. Žemė drauge su Saule sukasi apie galaktikos centrą tos pačios Saulės greičiu – maždaug 300 km/s. Vadinasi, maždaug tokiu pat greičiu dirbtiniai Žemės palydovai turi skrieti per nejudrią tamsiąją materiją, su kuria savo kelyje susiduria Saulės sistema.

Iš pradžių tamsiąją materiją kaip topologinius defektus turi užfiksuoti kosminis aparatas vienoje Žemės pusėje: atominiai laikrodžiai turi nedaug nukrypti nuo standartinio greičio. Po to topologinis defektas, jei pasiseks, gali pereiti per palydovą priešingoje Žemės pusėje.

Žinant santykinį TM greitį (mokslininkai pažymi, kad Saulės sistemoje daugiau niekas negali judėti tokiu greičiu) ir atstumą tarp palydovų, pagal laiko intervalą tarp anomalijų registravimo galima nustatyti, kurios iš jų atitinka tamsiosios materijos topologinį defektą.

Pagrindinis klausimas, kaip stipriai defektas gali paveikti atominį laikrodį.Tam, kad GPS palydovų įranga užregistruotų anomaliją, reikia, kad laikrodžio atsilikimas ar pagreitėjimas būtų mažiausiai 1 nanosekundė. Jeigu TM poveikis ne toks stiprus, jokių patenkinamų rezultatų gauti nepavyks.

Beje, visi eksperimentui reikalingi duomenys jau yra – teliko tik tinkamai apdoroti GPS palydovų atominių laikrodžių veikimo ir desinchronizacijos istoriją. Mokslininkų teigimu, tokie darbai jau vyksta.

Олег Овечкин
www.naked-science.ru