Kako će SKA koristiti brze radio-blistave za testiranje Ajnštajna i potragu za tamnom materijom

Naučnici planiraju da iskoriste jedan od najmoćnijih radio-teleskopa ikada izgrađenih za proučavanje dijelova svemira koji su trenutno praktično nevidljivi. U radu koji je dostupan kao preprint na arXiv-u, Manisha Caleb sa Univerziteta u Sidneju i saradnici opisuju kako će Square Kilometre Array (SKA) — instrument koji se trenutno pušta u rad — upotrijebiti brze radio-blistave (FRB) kao svojevrsne kosmičke baterijske lampe za osvjetljavanje gasa, prašine i magnetnih polja.

SKA, koji se proteže na dva kontinenta, biće najosjetljiviji radio-teleskop na svijetu. Autori naglašavaju da njegova glavna uloga neće biti pronalaženje što većeg broja FRB-ova — taj zadatak preuzeće instrumenti poput DSA-2000 i CHIME, koji bi mogli bilježiti i do 10.000 blistava godišnje — već hvatanje najslabijih signala i njihova detaljna analiza. Posebno se ističe SKA-low niz u Zapadnoj Australiji, koji će osluškivati izuzetno niske frekvencije na kojima FRB-ovi do sada nisu posmatrani.

Rad izdvaja tri ključna otiska koje FRB ostavlja na signalu i koji SKA može da iščita. Prvi je mjera disperzije: dok blistav putuje kroz običnu materiju, niskofrekventni signali kasne, što kosmolozima omogućava da izmjere količinu materije kroz koju je signal prošao. Drugi se odnosi na polarizaciju — kada radio-talas prođe kroz magnetno polje, njegova polarizacija se uvija, a SKA je dovoljno osjetljiv da to registruje. Treći otisak je raspršenje koje nastaje prolaskom kroz plazmu i pomaže astronomima da procijene koliko je plazme bilo između izvora blistava i teleskopa.

Na osnovu ovih mjerenja, Manisha Caleb i tim predlažu tri ambiciozna naučna testa. Prvi je vaganje fotona. Iako se u udžbenicima fizike decenijama tvrdi da foton nema masu, to je pretpostavka, a ne dokazana činjenica. Budući da FRB-ovi putuju milijardama svjetlosnih godina, ukoliko fotoni imaju i najmanju masu, niskoenergetski radio-talasi putovaće neznatno sporije od visokoenergetskih. SKA će, prema proračunima iz preprints, biti u stanju da detektuje tu razliku u brzini zahvaljujući ogromnim udaljenostima koje talasi prelaze.

Drugi test tiče se provjere Ajnštajna. Mjerenjem na koji način gravitacija masivnih galaktičkih jata utiče na različite frekvencije FRB-a, istraživači će testirati ekvivalencijski princip, ključnu komponentu opšte teorije relativnosti. SKA bi tu trebalo da postigne osjetljivost daleko iznad današnjih mogućnosti.

Treći pravac istraživanja je potraga za tamnom materijom. Ako postoji ultra-laka tamna materija, ona bi unutar galaksija trebalo da formira guste objekte poznate kao solitonska jezgra. Ukoliko FRB prođe kroz takvo jezgro, signal bi dobio karakterističan obrazac disperzije koji bi odavao njegovu gustinu, a SKA bi mogao da ga prepozna.

Iako će proći još nekoliko godina dok SKA ne postane potpuno operativan, naučna zajednica već definiše sve veći broj upotreba za ovaj instrument, a rad Manishe Caleb i saradnika samo je jedan u nizu prijedloga koji izazivaju rastuće interesovanje.