Negativa massbinärer genererar oöverträffad gravitationsstrålning, visar studie

Pesquisadores identifierade att binära system som består av objekt med negativ massa skulle producera gravitationsstrålningssignaler med egenskaper som aldrig tidigare setts i Universo. Den nya studien, utvecklad i samarbete mellan forskningsinstitutioner, föreslår att gravitationsvågsobservatorier skulle kunna upptäcka dessa källor och fastställa strikta gränser för förekomsten av negativ massa i naturen.

Teorin om Relatividade Geral, formulerad av Albert Einstein, tillåter matematiskt förekomsten av objekt med negativ massa. Apesar av denna teoretiska möjlighet förblir den grundläggande frågan öppen: kan sådana massor konstrueras i verkligheten? Det nyligen publicerade arbetet ger en observationsstrategi för att besvara denna fråga genom att detektera specifika mönster av gravitationsstrålning.

Três masskategorier definierar beteendet hos objekt

Fysiken klassificerar massa i tre distinkta kategorier som bestämmer hur objekt interagerar med gravitationskrafter och fält. Tröghetsmassa representerar ett objekts motstånd mot acceleration när en kraft verkar på det. Aktiv gravitationsmassa beskriver objektets förmåga att generera ett gravitationsfält som påverkar andra kroppar runt det. Passiv gravitationsmassa kvantifierar i sin tur hur ett föremål reagerar på gravitationsfältet som skapas av andra föremål i rymden.

Lagen om bevarande av linjärt momentum kräver att de aktiva och passiva gravitationsmassorna är identiska. Om de skilde sig åt, skulle det momentum som ett objekt fick under en gravitationsinteraktion inte kompenseras för det momentum som förlorats av ett annat objekt, vilket bryter mot en grundläggande symmetriprincip i fysikens lagar. Essa-restriktion kommer direkt från rumslig translationell invarians, det vill säga egenskapen att fysiska lagar förblir oförändrade när ett system ändrar position i rymden.

Equivalência:s Princípio kopplar samman gravitations- och tröghetsfenomen

Princípio av Equivalência utgör en grund för den einsteinska teorin om Relatividade Geral. Ele postulerar att ett objekts tröghetsmassa är lika med dess passiva gravitationsmassa. Essa-förslaget är baserat på århundraden av experimentella observationer, från arbetet med Galileu Galilei till samtida studier, som alla visar att föremål med olika massor accelererar identiskt under påverkan av gravitationen, oavsett deras sammansättning eller massa.

Quando-forskare som diskuterar hypotetiska objekt med negativ massa antar ofta att både bevarande av linjärt momentum och Princípio av Equivalência förblir giltiga. Essa antagande innebär att de tre formerna av massa skulle vara lika även för negativa massor. Contudo, Princípio av Equivalência har endast experimentellt validerats för positiva massor. Para negativa massor, denna symmetri kanske inte bibehålls, vilket öppnar upp för nya fysiska scenarier.

Dipolär Radiação kommer från system med olika gravitationsmassor

Den nyligen publicerade artikeln, utvecklad i samarbete med framstående forskare, visar att ett binärt system som innehåller två objekt med olika förhållanden mellan deras gravitations- och tröghetsmassa skulle avge dipolär gravitationsstrålning. Esse-mönstret skiljer sig fundamentalt från kvadrupol gravitationsstrålning, den typ som observerats i alla detektioner som hittills har bekräftats av LIGO, Virgo och KAGRA gravitationsvågsdetektorer.

Den fysiska situationen liknar ett system av elektriska laddningar av motsatta tecken med positiva tröghetsmassor. Até För närvarande har inga bevis för dipolär gravitationsstrålning registrerats av observatorier. De observationsgränser som dessa instrument sätter på möjliga dipolära strålningsemissioner är extremt stränga, vilket allvarligt begränsar de egenskaper som sådana system skulle kunna uppvisa.

Mesmo I ett scenario där Universo endast innehöll negativa massor som strikt följer Princípio:s Equivalência, skulle binära system som involverar dessa massor generera gravitationsvågsignaturer radikalt annorlunda än de som för närvarande är kända:

• Sistemas med negativ total massa producerar repulsiva krafter mellan komponenterna, vilket gör bildningen av stabila och långvariga binära banor omöjlig att genomföra
• Sistemas med total positiv massa, där den negativa massan är lägre i magnitud än den positiva massan, tillåter cirkulära banor, men utvecklas genom expansion snarare än sammandragning, och genererar anti-chirp-signaler med minskande frekvens
• Sistemas med noll total massa motsvarar fysiskt skenande lösningar där paret accelererar mot ljusets hastighet, vilket utesluter periodisk orbital rörelse

Anti-chirp skulle invertera den kända signaturen för fusioner

Skillnaden mellan beteendet hos konventionella binära system och de som innehåller negativ massa ligger i grunden i den energiska utvecklingen av omloppsbanan. I ett konventionellt binärt system med två positiva massor börjar orbitalenergin vara negativ och blir gradvis mer negativ när separationen minskar. Quando systemet förlorar energi genom emission av gravitationsvågor, denna förlust driver systemet mot spiralisering, vilket ökar frekvenserna progressivt och kontinuerligt.

Contrariamente, i ett positivt-negativt system med positiv total massa, börjar orbitalenergin vid positiva värden och minskar mot noll när separationen ökar. Samma energiförlust på grund av emission av gravitationsvågor leder då till att systemet expanderar istället för att dra ihop sig. Essa-karaktäristiken skulle producera anti-chirp-signaler, där frekvensen gradvis minskar istället för att öka, vilket representerar exakt motsatsen till mönstret som observerats i alla källor som hittills upptäckts av LIGO-Virgo-KAGRA-konsortiet.

Leia Tambem

Netflix har premiär för fem produktioner mellan den 1:a och 5:e juni 2026

Utbrottet av vulkanen Hunga Tonga 2022 renade metan som släpptes ut i atmosfären

Stephen Curry rankas på sjätte plats bland de bäst betalda idrottarna i världen med 124,7 miljoner USD

Frånvaron av anti-chirp-signaler i nuvarande gravitationsvågskataloger ger en direkt observationsbegränsning på den potentiella populationen av binära system som involverar negativ massa i den observerbara Universo, vilket begränsar deras prevalens till extremt låga nivåer, om de existerar alls.

De senaste Descobertas har väckt frågor om negativ massöverflöd på nytt

Nos Under de senaste månaderna har två vetenskapliga publikationer föreslagit den möjliga existensen av en riklig population av objekt med negativ massa i kosmos. Essas-förslag ger nytt liv åt diskussioner som började för decennier sedan. År 1957 publicerade fysikern Herman Bondi ett oerhört viktigt arbete som visar att Relatividade Geral rigoröst tillåter förekomsten av negativa massor ur en matematisk synvinkel.

Posteriormente, 2015 presenterade Robert Forward detaljerade analyser som visar hur negativa massor i princip skulle kunna utnyttjas för framdrivningssystem utan behov av kemiskt eller konventionellt bränsle. Apesar Från dessa teoretiska undersökningar förblir den kritiska frågan öppen: kan negativ massa byggas och underhållas i laboratoriet eller existera naturligt i Universo?

Förekomsten av negativ massa skulle generera djupgående och oroande konsekvenser för fundamental fysik. Tais-objekt kan fungera som byggstenar för att konstruera tidsmaskiner, vilket bryter mot principen om kausalitet. Enbart Essa-implikationen antyder att om negativ massa existerar måste den begränsas av ännu okända mekanismer som bevarar de kausala strukturerna för Universo.

Astrofísica av gravitationsvågor avslöjade inga oväntade källor

Det senaste decenniet av gravitationsvågobservationer, som började med den historiska upptäckten 2015, har producerat en robust katalog över händelser. Contudo, alla detekterade källor tillhör förutsagda kategorier: sammanslagningar av svarta hål och kollisioner med neutronstjärnor. Nenhuma helt oväntad källa dök upp från denna nya observationsgräns.

Esse-resultatet står i slående kontrast till astronomins hela historia. Sempre att astronomer utvecklade observatorier i nya band av det elektromagnetiska spektrumet upptäckte radikalt oväntade fenomen. Radiotelescópios avslöjade kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning, komplexa interstellära molekyler och snabba radioskurar. Röntgen Telescópios avslöjade anhopande svarta hål, röntgenbakgrundsstrålning och högenergigalaxhopar. Gammastrålning Telescópios identifierade gammastrålningskurar, gammastrålpulsarer och den kosmiska gammastrålningens bakgrundsstrålning.

Frånvaron av helt nya upptäckter i gravitationsvågor representerar en anmärkningsvärd avvikelse från denna vetenskapliga tradition att ständigt avslöja okända fenomen genom nya observationsförmåga.

Negativ massa Sistemas som ett nytt observationsmål

Det nyligen avslutade arbetet erbjuder ett konkret förslag: binära system som innehåller negativa masselement skulle generera gravitationsvågsignaler med egenskaper som är radikalt annorlunda än vad som helst som observerats. Esses-system utgör livskraftiga nya mål för operativa och framtida gravitationsvågobservatorier.

Konsekvenserna är tvåfaldiga. Primeiro, sådana observatorier skulle potentiellt kunna upptäcka dessa källor om negativ massa faktiskt finns i överflöd i Universo i betydande mängder. Segundo, genom att inte detektera dessa distinkta signaturer, kan detektorerna fastställa de strängaste observationsgränserna som någonsin uppnåtts för mängden negativ massa över hela den kosmiska strukturen, vilket dramatiskt förfinar vår förståelse av den grundläggande sammansättningen av Universo.