В 2023 году миссия NASA OSIRIS-REx вернула образец пыли и камней, собранных на околоземном астероиде Бенну. В дополнение к информации о Вселенной, полученной из самого образца, данные, полученные OSIRIS-REx, также могут предоставить возможность исследовать новую физику. Как описано в Communications Physics, международная исследовательская группа под руководством Лос-Аламосской национальной лаборатории использовала данные отслеживания астероида для изучения возможного существования пятой фундаментальной силы Вселенной.
«Интерпретация данных, которые мы получаем при отслеживании Бенну, может расширить наше понимание теоретических основ Вселенной, потенциально переосмыслив наше понимание Стандартной модели физики, гравитации и темной материи», — сказал Ю-Дай Цай, ведущий автор статьи. «Траектории объектов часто содержат аномалии, которые могут быть полезны для открытия новой физики».
Учитывая последствия для планетарной обороны, околоземные астероиды тщательно отслеживаются. Команда применила эти наземные данные слежения, собранные до и во время миссии OSIRIS-REx, к исследованию расширений Стандартной модели физики, которая описывает три из четырех известных фундаментальных сил Вселенной.
Оптические и радиолокационные астрометрические данные помогли ограничить — или установить с определенной степенью точности — траекторию Бенну с момента его открытия в 1999 году. Миссия OSIRIS-REx предоставила данные радиометрического и оптического навигационного слежения в X-диапазоне.
«Жесткие ограничения, которых мы достигли, легко переходят в некоторые из самых жестких ограничений на пятые силы типа Юкавы», — сказал соавтор статьи Санни Вагноцци из Университета Тренто в Италии. «Эти результаты подчеркивают потенциал отслеживания астероидов как ценного инструмента в поиске сверхлегких бозонов, темной материи и нескольких хорошо мотивированных расширений Стандартной модели».
Траектория небесного объекта подвержена влиянию гравитации и других факторов. Понимание физики траекторий может раскрыть тайны, особенно там, где есть аномалии в траектории. Известно, что задолго до того, как ее фактически наблюдали, планета Нептун была выведена из наблюдений за неровностями орбиты близлежащей планеты Уран.
Используя данные траектории и полученное моделирование из отслеживания Бенну, анализ команд установил ограничения на возможную пятую силу и роль потенциальной посредника-частицы, такой как сверхлегкий бозон, в этой пятой силе. Присутствие посредника-частицы, которая могла бы воздействовать на пятую силу, проявилось бы в измененной орбите астероида, подобного Бенну, поэтому изучение данных отслеживания так важно для физики.
Новая частица, такая как сверхлегкий бозон, может представлять собой расширение Стандартной модели, включающее темную материю и темную энергию, которые настоятельно предполагаются космологическими и астрофизическими наблюдениями, но еще не включены в общую структуру. Хотя считается, что темная материя составляет, возможно, 85% от общей материи во Вселенной, наука по-прежнему не уверена в том, какие частицы и силы составляют темную материю.
Цай и другие сначала исследовали физику пятой силы с помощью астероидов, опубликовав исследование в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics в 2023 году, прежде чем заняться Бенну. Команда планирует развить свою работу с Бенну в будущем, отслеживая астероид Апофис, который пройдет на расстоянии 20 000 миль от Земли в 2029 году.
Космический аппарат NASA OSIRIS-APEX приблизится к астероиду и поднимет пыль. Это и наблюдения за воздействием гравитации Земли на Апофис во время его пролета предоставят данные для продолжения поиска физики пятой силы.
Группа рассматривает новые космические квантовые технологии и специальные космические миссии для повышения точности отслеживания или непосредственного поиска темной материи.
