Проучване на фундаментални въпроси във физиката

През 2023 г. мисията OSIRIS-REx на НАСА успешно върна проба от прах и камъни от близкия до Земята астероид Бену. 

Въпреки че тази извадка предоставя критични прозрения за Вселената, данните, събрани от мисията, могат също така да предложат шанс за изследване на нови области на физиката. 

Потенциална пета сила на Вселената 

Изследователски екип, ръководен от Ю-Дай Цай, астрофизик от Националната лаборатория в Лос Аламос (LANL), използва данните от проследяването на Бену, за да проучи потенциалното съществуване на пета фундаментална сила във Вселената.

„Тълкуването на данните, които виждаме от проследяването на Бену, има потенциала да добави към разбирането ни за теоретичните основи на Вселената, потенциално преработвайки нашето разбиране за Стандартния модел на физиката, гравитацията и тъмната материя“, обясни Цай. 

„Траекториите на обектите често имат аномалии, които могат да бъдат полезни при откриването на нова физика.“

Проследяване на близки до Земята астероиди като Бену

Като се имат предвид потенциалните последици за планетарната защита, близките до Земята астероиди като Бену се наблюдават отблизо. 

Екипът използва данни от наземно проследяване, събрани както преди, така и по време на мисията OSIRIS-REx, за да изследва разширенията на Стандартния модел на физиката, който в момента обяснява три от четирите известни фундаментални сили на Вселената.

От откриването на Бену през 1999 г., оптичните и радарните астрометрични данни помогнаха за прецизиране на неговата траектория с точност. Мисията OSIRIS-REx добави към това с радиометрични и оптични навигационни данни за проследяване на X-обхвата.

„Строгите ограничения, които постигнахме, лесно се превръщат в едни от най-строгите досега ограничения на петите сили от тип Yukawa“, каза съавторът на изследването Sunny Vagnozzi, асистент в Университета на Тренто. 

„Тези резултати подчертават потенциала за проследяване на астероиди като ценен инструмент в търсенето на ултралеки бозони, тъмна материя и няколко добре мотивирани разширения на Стандартния модел.“

Възможност за пета фундаментална сила 

Траекторията на небесното тяло, подобно на астероид, се оформя от гравитацията и други сили. Разбирането на тези траектории може да разкрие мистерии, особено когато се появят аномалии. 

Исторически, например, съществуването на Нептун е било заключено от нередности в орбитата на Уран, преди Нептун някога да бъде наблюдаван директно.

Чрез анализиране на траекторията на Бену и разработване на съответните модели, екипът установи ограничения върху възможността за пета фундаментална сила и ролята на потенциална медиираща частица, като ултралек бозон, в тази сила. 

Посредническа частица, действаща върху пета сила, може да промени орбитата на астероид като Бену, поради което анализирането на тези данни за проследяване е важно за физичните изследвания.

Тъмна материя и тъмна енергия 

Нова частица, като ултралек бозон, може да разшири Стандартния модел, за да включи тъмна материя и тъмна енергия – две явления, силно предложени от космологични и астрофизични наблюдения, но все още не интегрирани в текущата теоретична рамка. 

Въпреки че се смята, че тъмната материя съставлява приблизително 85% от общата материя на Вселената, учените все още нямат конкретно разбиране за частиците и силите, които я съставят.

Проследяване на астероиди и физика на петата сила 

Цай и неговият екип за първи път изследват идеята за използване на проследяване на астероиди за изследване на физиката на петата сила в статия от 2023 г., публикувана в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 

След работата си върху Bennu, сега те планират да продължат това изследване с астероида Апофис, който ще премине на 32186.88 километра от Земята през 2029 г.

Космическият кораб OSIRIS-APEX на НАСА е планиран да се приближи до Апофис по време на това близко прелитане и да вдигне прах. 

Наблюденията за това как гравитацията на Земята влияе на Апофис, докато минава покрай него, ще предоставят повече данни, които да помогнат в търсенето на доказателства за физиката на петата сила.

Проучване на фундаментални въпроси във физиката 

Гледайки напред, изследователският екип също проучва използването на космически квантови технологии и специални космически мисии за подобряване на точността на проследяване или директно търсене на тъмна материя. 

Тези иновации биха могли значително да подобрят прецизността на измерването и допълнително да подкрепят усилията за изследване на фините гравитационни влияния, които могат да разкрият наличието на нови частици или сили.

Подобен напредък може да проправи пътя за бъдещи пробиви, докато учените продължават да изследват фундаменталните сили, които управляват Вселената.

Това изследване представлява важна стъпка в използването на данни за проследяване на астероиди за изследване на фундаментални въпроси във физиката, като предлага нов метод за изследване на скритите сили и частици във Вселената.