除了引力之外，暗物質是一種未知力的來源嗎？神秘的暗物質鮮為人知，試圖瞭解它的性質是現代物理學和天體物理學的一個重要挑戰。德國波恩馬克斯普朗克射電天文學研究所的研究人員提出了一項新的實驗，利用超緻密恆星來了解暗物質與標準物質的相互作用。這個實驗已經在抑制暗物質性質方面提供了一些改進，但在我們正在進行的銀河系中心的探索中，有望取得更大的進展。研究結果發表在《物理評論快報》雜誌上。大約在1600年伽利略的實驗使他得出結論，在地球的引力場中，所有的物體，不受質量和成分的影響，都能感受到相同的加速度。
艾薩克·牛頓用不同的材料做了擺實驗，以驗證所謂的自由落體的普適性，並達到了1:100的精度。最近衛星實驗顯微鏡成功地確定了地球引力場中自由落體的普適性，精確度為1:100萬億。然而這類實驗只能檢驗自由落向普通物質的普遍性，就像地球本身一樣，由鐵(32%)、氧(30%)、硅(15%)和鎂(14%)組成。然而，在大尺度上，普通物質似乎只是宇宙中物質和能量的一小部分。人們相信所謂的暗物質大約佔宇宙物質的80%。直到今天還沒有直接觀測到暗物質。它的存在只是間接地從各種天文觀測中推斷出來的，如星系的旋轉、星系團的運動和引力場透鏡。暗物質的實質是現代科學中最突出的問題之一。許多物理學家認為，暗物質是由迄今尚未發現的亞原子粒子組成的。
由於暗物質的未知性質，另一個重要的問題出現了:引力是正常物質和暗物質之間唯一的長期相互作用嗎？換句話說，物質是否只感覺到由暗物質引起的時空彎曲，或者是否有另一種力量將物質拉向暗物質，或者甚至可能將其推開，從而降低正常物質和暗物質之間的整體吸引力。這意味著對暗物質自由落體的普遍性的違反。這種假想的力有時被貼上“第五力”的標籤，除了自然界中眾所周知的四種基本相互作用(萬有引力、電磁與弱相互作用、強相互作用)。目前，有各種各樣的實驗對來自暗物質的第五種力進行了嚴格的限制。最嚴格的實驗之一是使用地球-月球軌道，並測試向銀河系中心的異常加速度，即銀河系球狀暗物質暈的中心。
這個實驗的高精確度來自月球激光測距，通過安裝在月球上的復古反射器的回波激光脈衝來測量月球的距離。直到今天，還沒有人做過像中子星這樣的奇異物體的第五次力測試。有兩個原因：雙星脈衝星打開一個全新的測試方法之間的這種力量五分之一正常物質和暗物質，首先中子星由無法在實驗室中構建的物質組成，密度比原子核大很多倍，幾乎全部由中子組成。此外中子星內巨大的引力場，比太陽的引力場強十億倍，原則上可以大大增強與暗物質的相互作用。利用射電望遠鏡測量脈衝星的射電信號到達時間，可以高精度地獲得雙星的軌道。對於某些脈衝星，可以達到100納秒以上的精度，這對應於對30米以上的脈衝星軌道的確定。
為了測試自由落向暗物質的普適性，研究小組確定了一個特別合適的二元脈衝星，命名為PSR J1713+0747，距離地球約3800光年。這是一個毫秒脈衝星，旋轉週期只有4.6毫秒，是已知的脈衝星中最穩定的旋轉器之一。此外它與一個白矮星為伴，在一個接近圓形的68天軌道上。當脈衝星天文學家在測試廣義相對論時通常對緊實的軌道運動的雙星脈衝星感興趣時，研究人員現在正在尋找一個在寬軌道上緩慢移動的毫秒脈衝星。軌道越寬，對自由落體的普遍性就越敏感。如果脈衝星對暗物質的加速度與白矮星同伴的加速度不同，就會看到雙星軌道隨時間的變形，即其偏心量的變化。
同樣來自MPIfR的Norbert Wex解釋道：20多年來，使用Effelsberg和歐洲脈衝星定時陣列的其他射電望遠鏡以及北美納米脈衝星定時項目的常規高精度定時顯示，軌道的偏心度沒有變化。”“這意味著中子星在很大程度上對暗物質和其他標準物質的吸引力是一樣的。MPIfR主任、“射電天文學基礎物理”研究小組負責人邁克爾克雷默(Michael Kramer)表示:“為了讓這些測試更好，我們正忙於在大量預期的暗物質附近尋找合適的脈衝星。理想的地方是銀河系中心，在那裡我們使用Effelsberg和世界上其他的望遠鏡來觀察我們的黑洞凸輪項目。一旦我們有了平方公里的陣列，我們就能使這些測試變得超級精確。
閱讀更多 博科園 的文章
