Foto: sciencedaily.com

Oamenii de știință se confruntă cu un mister cosmic: de ce se comportă Universul diferit la scară masivă în comparație cu propriul nostru sistem solar? În timp ce galaxiile îndepărtate dezvăluie semne clare ale unui lucru care încalcă regulile gravitației – adesea atribuite energiei întunecate sau unei „a cincea forțe” ascunse – tot ce se află în apropiere pare să urmeze perfect strategia lui Einstein.

Știința avansează propunând idei și apoi încercând să le demonstreze greșite. Acest proces devine deosebit de dificil atunci când se lucrează cu Universul la scara sa cea mai mare. Energia întunecată și materia întunecată se numără printre cele mai dificil de testat concepte. Observațiile din vaste regiuni ale spațiului sugerează clar că ceva influențează gravitația în moduri pe care teoria lui Einstein nu le explică pe deplin. Cu toate acestea, în propriul nostru sistem solar, totul pare să se comporte exact așa cum era de așteptat.

Un nou studiu explorează modul în care cercetătorii ar putea aborda această nepotrivire, iar cheia studiului ar putea consta în a fi extrem de precis și selectiv în modul în care experimentele sunt concepute pentru a căuta semne de energie întunecată și materie întunecată mai aproape de casă.

În centrul problemei se află ceea ce oamenii de știință numesc „Marea Deconectare”. Legile fizicii par să funcționeze diferit în funcție de scara observată. În regiunile cu foarte puțină materie (adică fără forță gravitațională), efectele legate de energia întunecată sau gravitația modificată devin mult mai vizibile. În schimb, în ​​mediile dense pline de materie și gravitație puternică, aceleași efecte par să dispară, cel puțin pe baza instrumentelor actuale.

În cadrul sistemului solar, totul se aliniază cu fizica tradițională. Planetele își urmează orbitele așteptate. Măsurătorile spațiu-timp din jurul Soarelui, inclusiv datele de la semnalele navelor spațiale, se potrivesc cu precizie predicțiilor. Fiecare sondă trimisă prin sistemul solar se comportă ca și cum doar gravitația standard ar acționa. Nu există semne clare ale vreunui lucru neobișnuit.

Situația se schimbă dramatic atunci când se privește mult dincolo de vecinătatea noastră locală. La scara galaxiilor și dincolo de aceasta, Universul pare să se extindă. În timp ce oamenii de știință continuă să dezbată rata exactă a acestei expansiuni, există dovezi puternice că ceva influențează gravitația sau spațiu-timpul în moduri care nu sunt pe deplin surprinse de teoriile actuale.

În prezent, energia întunecată este cea mai bună explicație pentru acest comportament, chiar dacă adevărata sa natură rămâne necunoscută.

O posibilă explicație implică un fenomen cunoscut sub numele de „ecranare”. Conform acestei idei, ceea ce cauzează discrepanța schimbă modul în care se comportă în funcție de mediul înconjurător. Pe măsură ce densitatea crește, efectele sale devin mai slabe sau mai greu de detectat.

Există două tipuri principale de modele de ecranare. Primul se numește modelul „cameleon”. În acest scenariu, o ipotetică a cincea forță a naturii (alta decât gravitația, electromagnetismul și cele două forțe nucleare) își ajustează intensitatea în funcție de cantitatea de materie din apropiere. În regiunile cu densitate mică, devine puternică și produce efecte asociate cu energia întunecată. În zonele dense, slăbește atât de mult încât instrumentele actuale nu o pot detecta, chiar dacă încă există. În jurul obiectelor precum Soarele, ar putea apărea doar într-un strat exterior subțire, dar, în principiu, ar putea fi totuși măsurată acolo.

O altă explicație este modelul de screening Vainshtein. Aici, forța în sine nu se schimbă. În schimb, gravitația din jur îi suprimă efectiv influența, făcând-o să pară slabă. Modelul introduce conceptul de rază Vainshtein, care marchează distanța la care forța își recapătă intensitatea normală.

Pentru Soare, se estimează că această rază se extinde la aproximativ 400 de ani-lumină. Această regiune include multe stele, ceea ce înseamnă că forța ar rămâne suprimată mult dincolo de sistemul solar și chiar pe mari părți ale galaxiei.

Ambele modele de screening ar putea lăsa urme subtile în observațiile la scară largă colectate de misiuni precum Euclid și The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Cu toate acestea, aceste studii se concentrează pe galaxii îndepărtate și nu pot dezvălui direct cum se comportă astfel de forțe în cadrul sistemului solar.

Pentru a testa aceste idei la nivel local, oamenii de știință ar avea nevoie de o misiune dedicată, concepută special în acest scop. Și mai important, cercetătorii ar avea nevoie de o teorie falsificabilă care să prezică ce ar trebui să detecteze o astfel de misiune.

Continuarea efectuării de experimente similare fără noi îndrumări teoretice ar putea să nu ofere informații utile, dar, u toate acestea, dacă oamenii de știință pot utiliza date din studii cosmologice ample pentru a dezvolta ipoteze precise care se aplică sistemului solar, atunci devine posibilă proiectarea de experimente specifice pentru a le testa.

Ar putea dura ceva timp pentru a dezvolta instrumente suficient de sensibile pentru a detecta aceste efecte subtile. Între timp, progresul incremental va fi important, misiunile fiind concentrate pe îmbunătățirea pas cu pas a capacităților de măsurare.

Dacă din datele actuale rezultă o predicție bine definită și testabilă și dacă se poate construi în mod realist un experiment pentru a o testa, urmărirea acestei oportunități ar putea duce la o descoperire majoră. O astfel de descoperire are potențialul de a remodela înțelegerea noastră despre gravitație, energie întunecată și funcționarea fundamentală a Universului.