Per decenni, gli scienziati hanno ipotizzato che ci sia ulteriore fisica all'opera o che il nostro modello cosmologico predominante debba essere rivisto.

Mentre è in corso l’indagine sull’esistenza e la natura della materia oscura e dell’energia oscura, si tenta anche di risolvere questi misteri con la possibile esistenza di una nuova fisica. In un articolo, un team di ricercatori della NASA ha proposto come i veicoli spaziali potrebbero cercare prove di ulteriori fenomeni fisici all’interno del nostro sistema solare. Questa ricerca, sostengono, sarebbe assistita dal veicolo spaziale che volasse in formazione tetraedrica e utilizzasse interferometri. Una missione del genere potrebbe aiutare a risolvere un mistero cosmologico che sfugge agli scienziati da oltre mezzo secolo.

La proposta è opera di Slava G. Turyshev, professore aggiunto di fisica e astronomia presso l'Università della California a Los Angeles (UCLA) e ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA. A lui si sono uniti Sheng-wey Chiow, un fisico sperimentale presso la NASA JPL, e Nan Yu, professore a contratto presso l'Università della Carolina del Sud e ricercatore senior presso la NASA JPL.

Il loro documento di ricerca è apparso online ed è stato accettato per la pubblicazione in Physical Review D .

L'esperienza di Turyshev include l'essere membro del team scientifico della missione Gravity Recovery And Interior Laboratory (GRAIL). In un lavoro precedente, Turyshev e i suoi colleghi hanno studiato come una missione sulla lente gravitazionale solare (SGL) del sole potrebbe rivoluzionare l’astronomia. In uno studio precedente, lui e l'astronomo SETI Claudio Maccone hanno anche considerato come le civiltà avanzate potrebbero utilizzare gli SGL per trasmettere energia da un sistema solare a quello successivo.

Per riassumere, la lente gravitazionale è un fenomeno in cui i campi gravitazionali alterano la curvatura dello spaziotempo nelle loro vicinanze. Questo effetto fu originariamente previsto da Einstein nel 1916 e fu utilizzato da Arthur Eddington nel 1919 per confermare la sua 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 postulato l'esistenza della materia oscura e dell'energia oscura per conciliare le loro osservazioni con la GR.

D'altra parte, gli scienziati hanno avanzato teorie alternative sulla gravità (come la dinamica newtoniana modificata (MOND), la gravità modificata (MOG), ecc.). Nel frattempo, altri hanno suggerito che potrebbe esserci altra fisica nel cosmo 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. Nonostante la loro scoperta nel secolo scorso, le loro cause sottostanti rimangono sfuggenti. Queste "anomalie" dovrebbero derivare da nuovi fenomeni fisici? ancora da osservare nei laboratori a terra o negli acceleratori di particelle:è possibile che questa nuova forza possa manifestarsi su scala del sistema solare."

Per il loro ultimo studio, Turyshev e i suoi colleghi hanno studiato come una serie di veicoli spaziali che volano in una formazione tetraedrica potrebbero indagare il campo gravitazionale del sole. Queste indagini, ha affermato Turyshev, cercherebbero deviazioni dalle previsioni della relatività generale su scala del sistema solare, cosa che fino ad oggi non è stata possibile.

"Si ipotizza che queste deviazioni si manifestino come elementi diversi da zero nel tensore del gradiente di gravità (GGT), fondamentalmente simile a una soluzione dell'equazione di Poisson. A causa della loro natura minuscola, il rilevamento di queste deviazioni richiede una precisione che supera di gran lunga le capacità attuali, di almeno cinque ordini Di magnitudo. A un livello di precisione così elevato, numerosi effetti ben noti introdurranno un rumore significativo. La strategia prevede l'esecuzione di misurazioni differenziali per negare l'impatto delle forze conosciute, rivelando così i contributi sottili, ma diversi da zero, alla GGT. /P>

La missione, ha affermato Turyshev, impiegherà tecniche di misurazione locali che si basano su una serie di interferometri. Ciò include la misurazione della distanza laser interferometrica, una tecnica dimostrata dalla missione GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On), una coppia di veicoli spaziali che si basa sulla misurazione della distanza 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 mediante la proposta Laser Interferometry Space Antenna (LISA) basata nello spazio.

La navicella sarà inoltre dotata di interferometri atomici, che sfruttano il carattere ondulatorio degli atomi per misurare la differenza di fase tra le onde della materia atomica lungo percorsi diversi. Questa tecnica consentirà alla navicella spaziale di rilevare la presenza di rumore non gravitazionale (attività dei propulsori, pressione della radiazione solare, forze di ritorno termico, ecc.) e di annullarli nella misura necessaria. Nel frattempo, volare in formazione tetraedrica ottimizzerà la capacità della navicella spaziale di confrontare le misurazioni.

"La misurazione laser ci offrirà dati estremamente accurati sulle distanze e sulle velocità relative tra i veicoli spaziali", ha affermato Turyshev. "Inoltre, la sua eccezionale precisione ci consentirà di misurare la rotazione di una formazione tetraedrica rispetto a un sistema di riferimento inerziale (tramite osservabili di Sagnac), un compito irraggiungibile con qualsiasi altro mezzo. Di conseguenza, ciò stabilirà una formazione tetraedrica sfruttando una serie di parametri locali. misurazioni."

In definitiva, questa missione metterà alla prova la GR su scala più piccola, cosa che finora è stata gravemente carente. Mentre gli scienziati continuano a sondare l’effetto dei campi gravitazionali sullo spaziotempo, questi si sono in gran parte limitati all’uso delle galassie e degli 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 risiede al centro della Via Lattea.

"Il nostro obiettivo è migliorare la precisione dei test sulla GR e sulle teorie gravitazionali alternative di oltre cinque ordini di grandezza. Oltre a questo obiettivo primario, la nostra missione ha ulteriori obiettivi scientifici, che descriveremo in dettaglio nel nostro articolo successivo. Questi includono il test della GR e altre teorie gravitazionali. teorie, rilevando onde gravitazionali nella gamma dei micro-Hertz - uno spettro non raggiungibile da strumenti esistenti o immaginati - ed esplorando aspetti del sistema solare, come l'ipotetico Pianeta 9, tra gli altri sforzi."