211service.com
Astrofizikai paverčia GPS palydovo žvaigždyną milžinišku tamsiosios medžiagos detektoriumi
Pasaulinę padėties nustatymo sistemą sudaro 31 aplink Žemę skriejantis palydovas, kurių kiekvienas turi atominį laikrodį, kuris siunčia į žemę labai tikslų laiko nustatymo signalą. Kiekvienas, turintis tinkamą imtuvą, gali nustatyti savo padėtį kelių metrų tikslumu, palygindamas signalų iš trijų ar daugiau palydovų atvykimo laiką.
Ir šią sistemą galima nesunkiai patobulinti. GPS signalų tikslumas gali būti daug didesnis, derinant signalus su signalais, gaunamais ant žemės. Pavyzdžiui, geofizikai naudoja šią techniką, kad nustatytų antžeminių stočių padėtį kelių milimetrų tikslumu. Tokiu būdu jie gali išmatuoti mažyčius ištisų žemynų judesius.
Tai įspūdinga pastanga. Geofizikai reguliariai matuoja skirtumą tarp GPS signalų ir laikrodžių žemėje mažesniu nei 0,1 nanosekundės tikslumu. Jie taip pat archyvuoja šiuos duomenis ir pateikia išsamų įrašą apie tai, kaip laikui bėgant keitėsi GPS signalai. Ši archyvinė saugykla atveria galimybę panaudoti duomenis kitiems egzotiniams tyrimams.
Šiandien Benjaminas Robertsas iš Nevados universiteto ir keli draugai teigia panaudoję šiuos duomenis siekdami išsiaiškinti, ar GPS palydovus galėjo paveikti tamsioji materija – paslaptinga nematoma medžiaga, kuri, astrofizikų nuomone, užpildo mūsų galaktiką. Tiesą sakant, šie vaikinai pasaulinę padėties nustatymo sistemą pavertė tikrai planetinės proporcijos astrofizine observatorija.
Tamsiosios materijos teorija pagrįsta galaktikų sukimosi stebėjimais. Šis besisukantis judėjimas yra toks greitas, kad turėtų nusiųsti žvaigždes į ekstragalaktinę erdvę.
Bet tai neįvyksta. Vietoj to, paslaptinga jėga turi kažkaip išlaikyti žvaigždes vietoje. Teorija teigia, kad ši jėga yra gravitacija, kurią sukuria nematomos medžiagos, kurios astronominiuose stebėjimuose neatsiranda. Kitaip tariant, tamsioji medžiaga.
Jei ši teorija teisinga, tamsioji materija taip pat turėtų užpildyti mūsų galaktiką, o Saulei apskriejus savo didingą orbitą aplink galaktikos centrą, Žemė turėtų prasiskverbti per didelį tamsiosios medžiagos vandenyną.
Nėra jokių akivaizdžių šios medžiagos požymių, todėl fizikai mano, kad ji turi labai silpnai sąveikauti su įprasta matoma medžiaga. Tačiau jie iškelia hipotezę, kad jei tamsioji medžiaga egzistuoja mažuose atomo dydžio gabalėliuose, ji kartais gali atsitrenkti į atomo branduolius, taip perkeldama savo energiją į matomą medžiagą.
Štai kodėl astrofizikai požeminėse kasyklose pastatė milžiniškas observatorijas, siekdami ieškoti signalinės energijos, išsiskiriančios per šiuos susidūrimus. Iki šiol jie nieko nematė. Ar bent jau nėra sutarimo, kad kas nors matė tamsiosios medžiagos įrodymų. Taigi labai reikalingi kiti tamsiosios medžiagos paieškos būdai.
Įveskite Roberts ir co. Jie prasideda nuo kitokios vizijos, iš ko gali sudaryti tamsioji medžiaga. Vietoj mažų dalelių, kita galimybė yra ta, kad tamsioji materija gali įgauti topologinius erdvės-laiko defektus, likusius po Didžiojo sprogimo. Tai būtų nesklandumai visatos audinyje, pavyzdžiui, domeno sienos, kurios šalia jų išlenkia erdvėlaikį.
Jei Žemė praeitų per tokį defektą, vietinį gravitacinį lauką ji pakeistų tik šiek tiek per valandą ar daugiau.
Bet kaip aptikti tokį pasikeitimą vietiniame lauke? Robertsui ir kitiems atsakymas aiškus. Remiantis reliatyvumo teorija, bet koks gravitacijos pokytis keičia ir laikrodžio tiksėjimo greitį. Štai kodėl orbitiniai laikrodžiai veikia šiek tiek lėčiau nei esantys paviršiuje.
Jei Žemė pastaruoju metu patyrė bet kokius topologinius defektus, GPS palydovų laikrodžio duomenys būtų užfiksavę šį įvykį. Taigi, ieškant geofizikų archyvuotuose GPS laikrodžių laiko įrašuose, tokius įvykius turėtų būti įmanoma pamatyti.
Tokia yra teorija. Praktiškai šis darbas yra šiek tiek sudėtingesnis, nes GPS laiko signalus taip pat įtakoja kiti veiksniai, tokie kaip atmosferos sąlygos, atsitiktiniai svyravimai ir kiti dalykai. Į visa tai reikia atsižvelgti.
Tačiau pagrindinis topologinio defekto požymis yra tai, kad jo įtaka turėtų prasiskverbti per palydovų parką, kai Žemė per jį praeina. Taigi bet kokie kiti vietinio laiko svyravimai gali būti atmesti.
Robertsas ir bendradarbiai tiria duomenis per pastaruosius 16 metų, o jų rezultatai yra įdomūs. Šie vaikinai sako neradę jokių ženklų, kad Žemė per tą laiką būtų peržengusi topologinį defektą. Mes nerandame įrodymų, kad tamsiosios medžiagos gumulėliai domeno sienelių pavidalu, sako jie.
Žinoma, tai neatmeta tamsiosios medžiagos egzistavimo ar net to, kad tamsioji medžiaga egzistuoja tokia forma. Tačiau tai labai riboja topologinių defektų dažnumą ir jų įtaką.
Iki šiol ribos buvo nustatomos naudojant kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės stebėjimus, kurie turėtų atskleisti topologinius defektus, nors ir maža skiriamąja geba. Robertso ir bendradarbių darbas padidina šias ribas penkiais dydžiais.
Ir netrukus turėtų būti prieinami geresni duomenys. Geriausi laikrodžiai Žemės laboratorijose yra daug tikslesni nei atominiai laikrodžiai, esantys GPS palydovuose. Taigi laikrodžių tinklas Žemėje turėtų veikti kaip dar jautresnė topologinių defektų observatorija. Šie laikrodžiai dar tik pradedami sujungti į tinklus, todėl jų duomenys turėtų būti prieinami ateinančiais metais.
Šis didesnis jautrumas turėtų leisti fizikams ieškoti kitų tamsiosios medžiagos tipų, kurie gali būti, pavyzdžiui, solitonų arba Q rutuliukų pavidalu.
Visa tai yra žavingo evoliucijos proceso dalis. GPS sistemos technologiją galima atsekti iki pirmųjų bandymų sekti erdvėlaivį Sputnik po to, kai 1957 m. sovietai jį paleido. Fizikai netrukus suprato, kad gali nustatyti jo vietą, matuodami radijo signalus, kuriuos jis generuoja įvairiose vietose.
Neilgai trukus jie apvertė šią idėją. Ar žinant žinomą palydovo vietą galima nustatyti savo vietą Žemėje naudojant jo transliuojamus signalus? GPS žvaigždynas yra tiesioginis to minčių srauto palikuonis.
Tie fizikai tikrai nustebtų sužinoję, kad jų sukurta technologija dabar taip pat naudojama kaip planetos dydžio astrofizinė observatorija.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1704.06844 : GPS kaip tamsiosios materijos detektorius: gniuždytos tamsiosios medžiagos sujungimo su atominiais laikrodžiais didumo tvarka.