Kompakt søgning efter mørke objekter:Scanning af jordens kerne med superledende gravimetre

Fysik teori antyder, at universet for en stor del består af en type stof, der ikke udsender, absorbere eller reflektere lys, og kan derfor ikke observeres ved anvendelse af konventionelle detektionsmetoder. Denne type sager, kaldet mørkt stof, er hidtil aldrig blevet eksperimentelt observeret eller opdaget.

At opdage mørkt stof har indtil videre vist sig at være utroligt udfordrende, alligevel kunne det være langt nemmere, hvis denne type stof blev koncentreret i makroskopiske objekter. Faktisk, nogle fysikere har foreslået, at mørkt stof, eller i det mindste en vigtig del af det, kan bestå af kompakte mørke genstande (CDO'er), som antages at udvise små ikke-gravitationelle interaktioner med normalt stof.

Charles Horowitz og Rudolf Widmer-Schnidrig, to forskere ved Indiana University og Black Forest Observatory (BFO) i Tyskland, henholdsvis, har for nylig udført en undersøgelse, der undersøger brugen af ​​gravimetre til at søge efter kompakte mørkestofobjekter (CDO'er) inde i Jorden. Deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , fremhæver potentialet ved at bruge superledende gravimetre i den igangværende søgen efter mørkt stof.

"Meget af universet er lavet af ukendt mørkt stof, Horowitz fortalte Phys.org. "I vores tidligere arbejde, vi søgte efter klumper af mørkt stof, som vi kalder kompakte mørke objekter, CDO'er, i neutronstjerner eller i solen. Da mørkt stof kan interagere meget svagt med normalt stof, det kan bevæge sig rundt inde i normale kroppe på måder, som konventionelt stof ikke kan."

Astrofysik teori tyder på, at mørkt stof har gravitationsinteraktioner med normalt stof. At søge efter CDO'er ved hjælp af værktøjer, der kan detektere forskelle i gravitationskræfter mellem et sted og et andet, virker således som en lovende mulighed.

Med det i tankerne, Horowitz og Widmer-Schnidrig satte sig for at undersøge potentialet ved at søge efter CDO'er ved hjælp af gravimetre, meget følsomme enheder, der kan måle den acceleration, der er resultatet af tyngdekraften, med bemærkelsesværdig nøjagtighed. På jorden, tyngdeaccelerationen er ca. g(t) =9,8 m/s ² , mens et gravimeter kan måle ændringer i dette tal i det 12. ciffer til omkring 12 cifre (med en del-per-billion præcision).

"Tyngekraft fra en CDO vil ændre værdien af ​​g lidt, når CDO bevæger sig tættere på eller væk fra gravimeteret, " sagde Horowitz. "Vi ser efter en tidsafhængighed af g(t), der ændrer sig med den 55-minutters periode af CDO's kredsløb inde i Jorden."

Horowitz og Widmer-Schnidrig beregnede, at CDO, der bevæger sig i Jordens indre kerne, ville have en omløbsperiode på næsten 55 minutter, og ville producere et tidsafhængigt signal i et gravimeter. De data, de indsamlede ved hjælp af superledende gravimetre, imidlertid, udelukker tilstedeværelsen af ​​sådanne genstande inde i jordens kerne, medmindre disse objekter har en ekstrem lav masse eller lille kredsløbsradius.

I fremtiden, forskerne vil gerne gentage deres undersøgelse ved at bruge gravimetre med en højere følsomhed eller med fokus på andre himmellegemer. Deres arbejde kunne også inspirere fysikere ved andre institutioner verden over til at udføre lignende eksperimenter ved hjælp af gravimetre.

"Vi har vist, hvordan man bruger gravimetres følsomhed til at undersøge en mulig form for mørkt stof, " sagde Horowitz. "Vi demonstrerede, at ingen sådanne objekter bevæger sig inde i Jorden, medmindre deres masse og eller orbitalradius er meget lille. I vores fremtidige arbejde, vi planlægger at forsøge at forbedre følsomheden af ​​vores søgning og muligvis søge efter CDO i andre solsystemlegemer."

© 2020 Science X Network