Obserwacje niezwykłej rodziny gwiazd, która jest domem dla jednego pulsara i dwóch białych karłów, pomogły naukowcom udowodnić, że grawitacja spowalnia upływ czasu i zakrzywia przestrzeń dokładnie tak, jak przewiduje teoria względności Einsteina.
„Zadaliśmy pytanie„ Jak spada źródło grawitacji?”Może to brzmieć dziwnie dla niedoinformowanej opinii publicznej, ale z punktu widzenia Einsteina zarówno masa, jak i energia to jedno i to samo. Jeśli zasada równoważności zostanie naruszona, wówczas akumulacja energii w otoczeniu potężnego pola grawitacyjnego będzie przyspieszać podczas upadku w zupełnie inny sposób niż podobna wiązka energii poza nim”- mówi Anne Archibald z Uniwersytetu w Amsterdamie (Holandia).
Archibald i jej koledzy przemawiali na dorocznej konferencji American Astronomical Society w Waszyngtonie w zeszłym tygodniu. Rozmawiali o tym, jak udało im się wykorzystać obserwacje unikalnego układu gwiazdowego J0337 + 1715 w konstelacji Byka do najtrudniejszego i najdokładniejszego testu tzw. Zasady równoważności - jednej z podstaw ogólnej teorii względności Einsteina.
Zasada ta, w swojej najbardziej ogólnej i uproszczonej formie, stwierdza, że cząsteczki światła o różnych długościach fal emitowane przez odległy obiekt w kosmosie muszą dotrzeć do Ziemi w tym samym czasie, nawet jeśli przeszły przez potężne pola grawitacyjne. Podobnie powinny zachowywać się inne obiekty widzialnego świata, zaczynając od piłek i kłaczków w eksperymentach Galileusza, a kończąc na bryłach energii.
Zasada równoważności była już wielokrotnie testowana zarówno na Ziemi, jak i na orbicie przy użyciu sondy American Gravity Probe A, rosyjskiego Radioastronu i pary europejskich satelitów Galileo. Z drugiej strony naukowcy nie są jeszcze do końca pewni, czy obserwuje się go w najbardziej ekstremalnych zakątkach kosmosu - w „rodzinach” gwiazd neutronowych, czy w pobliżu czarnych dziur.
Archibald i jej koledzy przeprowadzili pierwszy taki test, obserwując rodzaj grawitacyjnej „matrioszki”, czyli układu trzech „martwych gwiazd” - jednego pulsara i dwóch białych karłów.
Jeden z białych karłów i pulsar krążą wokół siebie w tak niewielkiej odległości, że generują niewidoczne dla nas, ale wystarczająco silne fale grawitacyjne. Sytuację dodatkowo komplikuje drugi biały karzeł poruszający się wokół pierwszych dwóch gwiazd i okresowo zasłaniający ich światło.
Taki układ gwiezdnego układu pozwolił naukowcom sprawdzić, czy Einstein miał rację. Faktem jest, że gdyby nie przestrzegano zasady równoważności i obiekty o silniejszym polu grawitacyjnym „spadały” szybciej niż ich sąsiedzi, wówczas orbita pulsara byłaby zakrzywiona w określony sposób, rozciągając się w kierunku bardziej odległego białego karła i poruszając się z nim po okręgu …
Film promocyjny:
Te krzywizny z kolei można było zauważyć po tym, jak silnie sygnały pulsara są opóźnione w różnym czasie, gdy rzekomo znajduje się on w różnych punktach swojej wydłużonej orbity. Kierując się tym pomysłem, naukowcy obserwowali J0337 + 1715 za pomocą amerykańskiego radioteleskopu GBT i teleskopu optycznego Gemini na Hawajach.
Jak pokazały te obserwacje, sygnały z pulsara docierały do Ziemi w mniej więcej równych odstępach czasu, co potwierdziło teorię Einsteina z wciąż rekordowo wysoką dokładnością pomiaru, przekraczającą poprzednie rekordy 50-100 razy.
Podobny wynik, jak zauważają astronomowie, po raz kolejny nie pozwala fizykom zrozumieć, w jaki sposób można wyeliminować sprzeczności między teorią względności a fizyką kwantową, co jest konieczne, aby wyjaśnić, co dzieje się wewnątrz czarnych dziur i zrozumieć, jak wszechświat będzie się rozwijał w przyszłości.