W projekcie Pesquisadores ustalono, że układy podwójne złożone z obiektów o ujemnej masie będą wytwarzać sygnały promieniowania grawitacyjnego o charakterystyce nigdy wcześniej nie widzianej w Universo. Nowe badanie, opracowane we współpracy między instytucjami badawczymi, sugeruje, że obserwatoria fal grawitacyjnych mogłyby wykryć te źródła i ustalić ścisłe limity istnienia masy ujemnej w przyrodzie.
Teoria Relatividade Geral sformułowana przez Albert Einstein matematycznie dopuszcza istnienie obiektów o masie ujemnej. Jeśli chodzi o tę teoretyczną możliwość, otwarte pozostaje zasadnicze pytanie: czy w rzeczywistości można skonstruować takie masy? Nowo opublikowana praca zapewnia strategię obserwacyjną odpowiedzi na to pytanie poprzez wykrywanie określonych wzorców promieniowania grawitacyjnego.
Kategorie masowe Três definiują zachowanie obiektów
Fizyka dzieli masę na trzy odrębne kategorie, które określają, w jaki sposób obiekty oddziałują z siłami grawitacyjnymi i polami. Masa bezwładności reprezentuje opór obiektu przy przyspieszeniu, gdy działa na niego siła. Aktywna masa grawitacyjna opisuje zdolność obiektu do generowania pola grawitacyjnego, które oddziałuje na inne ciała wokół niego. Z kolei pasywna masa grawitacyjna określa ilościowo sposób, w jaki obiekt reaguje na pole grawitacyjne wytwarzane przez inne obiekty w przestrzeni.
Prawo zachowania pędu liniowego wymaga, aby aktywne i pasywne masy grawitacyjne były identyczne. Gdyby się różniły, pęd uzyskany przez jeden obiekt podczas oddziaływania grawitacyjnego nie zostałby zrekompensowany pędem utraconym przez inny obiekt, naruszając tym samym podstawową zasadę symetrii zawartą w prawach fizyki. Ograniczenie Essa wynika bezpośrednio z przestrzennej niezmienności translacyjnej, to znaczy właściwości polegającej na tym, że prawa fizyczne pozostają niezmienione, gdy system zmienia położenie w przestrzeni.
Princípio Equivalência łączy zjawiska grawitacyjne i inercyjne
Princípio z Equivalência stanowi podstawę Einsteinowskiej teorii Relatividade Geral. Ele postuluje, że masa bezwładności obiektu jest równa jego pasywnej masie grawitacyjnej. Propozycja Essa opiera się na stuleciach obserwacji eksperymentalnych, od prac Galileu Galilei po współczesne badania, a wszystkie wykazały, że obiekty o różnych masach przyspieszają identycznie pod wpływem grawitacji, niezależnie od ich składu i wielkości masy.
Badacze Quando omawiający hipotetyczne obiekty o ujemnej masie często zakładają, że zarówno zasada zachowania pędu, jak i Princípio z Equivalência pozostają aktualne. Z założenia Essa wynika, że te trzy formy masy będą równe także w przypadku mas ujemnych. Contudo, Princípio i Equivalência zostały sprawdzone eksperymentalnie wyłącznie dla mas dodatnich. Para, symetria ta może nie zostać zachowana, co otwiera nowe scenariusze fizyczne.
Dipolarny Radiação wyłania się z układów o nierównych masach grawitacyjnych
Niedawno opublikowany artykuł, opracowany we współpracy z wybitnymi badaczami, pokazuje, że układ podwójny zawierający dwa obiekty o różnych stosunkach ich mas grawitacyjnych i bezwładnościowych emitowałby dipolarne promieniowanie grawitacyjne. Wzór Esse różni się zasadniczo od kwadrupolowego promieniowania grawitacyjnego, obserwowanego we wszystkich dotychczasowych detekcjach potwierdzonych przez detektory fal grawitacyjnych LIGO, Virgo i KAGRA.
Sytuacja fizyczna przypomina układ ładunków elektrycznych o przeciwnych znakach o dodatnich masach bezwładnościowych. Até W chwili obecnej obserwatoria nie zarejestrowały żadnych dowodów na istnienie dipolarnego promieniowania grawitacyjnego. Ograniczenia obserwacyjne nałożone przez te instrumenty na możliwą emisję promieniowania dipolarnego są niezwykle rygorystyczne i poważnie ograniczają właściwości, jakie mogą wykazywać takie systemy.
Mesmo W scenariuszu, w którym Universo zawiera tylko masy ujemne, które są ściśle zgodne z Equivalência Princípio, układy podwójne obejmujące te masy wygenerowałyby sygnatury fal grawitacyjnych radykalnie różniące się od obecnie znanych:
- Sistemas o ujemnej masie całkowitej wytwarza siły odpychania pomiędzy elementami, przez co tworzenie stabilnych i długotrwałych orbit podwójnych jest niewykonalne
- Sistemas o całkowitej masie dodatniej, gdzie masa ujemna jest mniejsza niż masa dodatnia, pozwala na orbity kołowe, ale ewoluuje poprzez rozszerzanie, a nie kurczenie się, generując sygnały przeciw ćwierkaniu o malejącej częstotliwości
- Sistemas o zerowej masie całkowitej odpowiadają rozwiązaniom fizycznie niekontrolowanym, w których para przyspiesza do prędkości światła, wykluczając okresowy ruch orbitalny
Anti-chirp odwróciłby znaną sygnaturę fuzji
Różnica między zachowaniem konwencjonalnych układów podwójnych a układami zawierającymi masę ujemną polega zasadniczo na energetycznej ewolucji orbity. W konwencjonalnym układzie podwójnym z dwiema dodatnimi masami energia orbity początkowo jest ujemna i staje się coraz bardziej ujemna w miarę zmniejszania się separacji. Quando system traci energię w wyniku emisji fal grawitacyjnych. Strata ta napędza system w kierunku spiralizacji, stopniowo i w sposób ciągły zwiększając częstotliwości.
Contrariamente, w układzie dodatnio-ujemnym o dodatniej masie całkowitej, energia orbitalna zaczyna się od wartości dodatnich i maleje w stronę zera wraz ze wzrostem separacji. Ta sama strata energii spowodowana emisją fal grawitacyjnych powoduje następnie, że system rozszerza się, a nie kurczy. Charakterystyka Essa generowałaby sygnały przeciw ćwierkaniu, w których częstotliwość stopniowo maleje zamiast rosnąć, co stanowi dokładne przeciwieństwo wzorca zaobserwowanego we wszystkich źródłach wykrytych do tej pory przez konsorcjum LIGO-Virgo-KAGRA.
Brak sygnałów zapobiegających ćwierkaniu w aktualnych katalogach fal grawitacyjnych stanowi bezpośrednie ograniczenie obserwacyjne dla potencjalnej populacji układów podwójnych z ujemną masą w obserwowalnym Universo, ograniczając ich występowanie do niezwykle niskich poziomów, jeśli w ogóle istnieją.
Niedawne Descobertas ponownie wywołało pytania o obfitość masy ujemnej
Nos W ostatnich miesiącach dwie publikacje naukowe sugerowały możliwe istnienie w kosmosie dużej populacji obiektów o ujemnej masie. Propozycje Essas ożywiają dyskusje, które rozpoczęły się kilkadziesiąt lat temu. W 1957 roku fizyk Herman Bondi opublikował przełomową pracę wykazującą, że Relatividade Geral rygorystycznie dopuszcza istnienie mas ujemnych z matematycznego punktu widzenia.
W 2015 r. w ramach projektu Posteriormente przedstawiono szczegółowe analizy pokazujące, w jaki sposób można w zasadzie wykorzystać masy ujemne w układach napędowych bez konieczności stosowania paliwa chemicznego lub konwencjonalnego. Apesar Z tych teoretycznych eksploracji zasadnicze pytanie pozostaje otwarte: czy masę ujemną można zbudować i utrzymać w laboratorium lub czy może ona istnieć naturalnie w Universo?
Istnienie masy ujemnej spowodowałoby głębokie i niepokojące konsekwencje dla podstawowej fizyki. Obiekty Tais mogłyby służyć jako elementy konstrukcyjne do inżynierii wehikułów czasu, naruszając zasadę przyczynowości. Sama implikacja Essa sugeruje, że jeśli istnieje masa ujemna, musi ona być ograniczona przez nieznane jeszcze mechanizmy, które zachowują struktury przyczynowe Universo.
Astrofísica fal grawitacyjnych nie ujawniło żadnych nieoczekiwanych źródeł
Ostatnia dekada obserwacji fal grawitacyjnych, która rozpoczęła się od historycznego wykrycia w 2015 r., zaowocowała solidnym katalogiem zdarzeń. Contudo, wszystkie wykryte źródła należą do przewidywanych kategorii: łączenia się czarnych dziur i zderzenia gwiazd neutronowych. Z tej nowej granicy obserwacyjnej wyłoniło się zupełnie nieoczekiwane źródło Nenhuma.
Wynik Esse uderzająco kontrastuje z pełną historią astronomii. Sempre, że astronomowie opracowując obserwatoria w nowych pasmach widma elektromagnetycznego odkryli radykalnie nieoczekiwane zjawiska. Radiotelescópios ujawnił kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, złożone cząsteczki międzygwiazdowe i szybkie rozbłyski radiowe. Rentgenowskie Telescópios ujawniło akreujące czarne dziury, rentgenowskie promieniowanie tła i wysokoenergetyczne gromady galaktyk. Promieniowanie gamma Telescópios zidentyfikowało rozbłyski promieniowania gamma, pulsary gamma i kosmiczne promieniowanie tła w postaci gamma.
Brak całkowicie nowych odkryć w zakresie fal grawitacyjnych stanowi zauważalne odejście od naukowej tradycji ciągłego odkrywania nieznanych zjawisk poprzez nowe możliwości obserwacyjne.
Sistemas o masie ujemnej jako nowy cel obserwacyjny
Niedawno ukończona praca oferuje konkretną propozycję: układy podwójne zawierające elementy o masach ujemnych generowałyby sygnały fal grawitacyjnych o właściwościach radykalnie odmiennych od wszystkiego, co zaobserwowano. Systemy Esses stanowią realne nowe cele dla operacyjnych i przyszłych obserwatoriów fal grawitacyjnych.
Konsekwencje są dwojakie. Primeiro takie obserwatoria mogłyby potencjalnie odkryć te źródła, jeśli masa ujemna rzeczywiście będzie obfitować w Universo w znacznych ilościach. Segundo, nie wykrywając tych wyraźnych sygnatur, detektory mogą ustanowić najbardziej rygorystyczne limity obserwacyjne, jakie kiedykolwiek osiągnięto w zakresie obfitości ujemnej masy w całej strukturze kosmicznej, radykalnie poprawiając naszą wiedzę na temat podstawowego składu Universo.
