16-årig studie av extrema stjärnor har återigen visat att Einstein fortfarande har rätt

Illustration av dubbelpulsaren PSR J0737−3039A/B. (Michael Kramer/MPIfRA)

Två pulsarer låst i nära binär bana har återigen validerat förutsägelser gjorda av Einsteins teori om allmän relativitetsteori .

Under 16 år har ett internationellt team av astronomer observerat Tryck par, som heter PSR J0737−3039A/B, och fann att de relativistiska effekterna kan mätas i tidpunkten för deras pulser – precis som förutspått och förväntat. Detta är första gången dessa effekter har observerats.

'Vi studerade ett system av kompakta stjärnor som är ett oöverträffat laboratorium för att testa gravitationsteorier i närvaro av mycket starka gravitationsfält', säger astronomen och astrofysikern Michael Kramer från Max Planck Institute for Radio Astronomy i Tyskland, som ledde forskningen.

Till vår glädje kunde vi testa en hörnsten i Einsteins teori, energin som bärs av gravitationsvågor , med en precision som är 25 gånger bättre än med den Nobelprisbelönta Hulse-Taylor pulsar, och 1 000 gånger bättre än vad som för närvarande är möjligt med gravitations våg detektorer.'

Pulsarer är utan tvekan de mest användbara stjärnorna på himlen. De är en typ av neutronstjärna , vilket betyder att de är mycket små och täta; upp till 20 kilometer (12 miles) i diameter och upp till cirka 2,4 gånger solens massa.

Det som gör dem till pulsarer är det faktum att de pulserar. De har strålar av strålning i radiovåglängder som skjuter från sina poler, och är orienterade på ett sådant sätt att dessa strålar blinkar som en fyrstråle när stjärnan roterar, med upp till millisekunders hastigheter.

Dessa blixtar är otroligt exakt tidsinställda, vilket betyder att för oss är pulsarer det kanske de mest användbara stjärnorna i universum . Variationer i deras timing kan användas för navigering, för att sondera det interstellära mediet och för att studera gravitationen.

PSR J0737−3039A/B, upptäckt 2003, belägen cirka 2 400 ljusår bort, och den enda dubbla pulsar som hittills identifierats, gav en ny möjlighet att studera: ytterligare ett relativitetsteste, i vad forskarna kallade ett 'oöverträffat laboratorium' för att testa gravitationsteorier.

De två pulsarerna är mycket nära varandra och slutför en omloppsbana var 147:e minut. Man roterar ganska snabbt med 44 gånger per sekund. Den andra är yngre och långsammare och roterar en gång var 2,8:e sekund. Men eftersom dessa objekt är så täta är deras gravitationsfält mycket starka, vilket betyder att de kan påverka timingen och vinkeln för varandras pulser.

Med hjälp av sju kraftfulla teleskop runt om i världen, under loppet av 16 år, är det detta som forskarna letade efter.

'Vi följer utbredningen av radiofotoner som sänds ut från en kosmisk fyr, en pulsar, och spårar deras rörelse i det starka gravitationsfältet hos en följeslagare', säger astrofysikern Ingrid Stairs vid University of British Columbia i Kanada.

'Vi ser för första gången hur ljuset inte bara fördröjs på grund av en stark krökning av rumtiden runt följeslagaren, utan också att ljuset avböjs av en liten vinkel på 0,04 grader som vi kan upptäcka. Aldrig tidigare har ett sådant experiment utförts vid en så hög krökning i rumstid.'

Totalt utförde forskarna sju tester av allmän relativitet, inklusive hur orienteringen av binärens omloppsbana förändras, känd som apsidal precession , och sättet som pulsarerna drar rum-tid runt med dem när de snurrar, kallas ramdragande eller Lense-Thirring-effekten. Detta möjliggjorde precisionsspårning av pulsartimingen.

'Förutom gravitationsvågor och ljusutbredning tillåter vår precision oss också att mäta effekten av 'tidsdilatation' som gör att klockor går långsammare i gravitationsfält', förklarar astrofysikern Dick Manchester från CSIRO i Australien.

'Vi måste till och med ta Einsteins berömda ekvation E = mctvåbeaktas när man överväger effekten av den elektromagnetiska strålningen som sänds ut av den snabbt snurrande pulsaren på omloppsrörelsen. Denna strålning motsvarar en massförlust på 8 miljoner ton per sekund! Även om detta verkar mycket, är det bara en liten bråkdel – tre delar på tusen miljarder miljarder – av pulsarens massa per sekund.'

Resultaten ansluter sig till en växande mängd högprecisionsmätningar av relativistiska effekter som alla hittills överensstämmer med Einsteins förutsägelser. Rum-tidenrunt supermassiva svarta hål M87*, hur stjärnorna kretsar runt Vintergatanseget centrala supermassiva svarta hål, dentiming av atomur, atrippelstjärnigt systemoch 14 års observationer av envinglig pulsar– alla överensstämmer med allmän relativitet.

Under de närmaste åren, när mer kraftfulla teleskop dyker upp, kommer vi sannolikt att se ännu mer exakta tester av gravitationen under allmän relativitetsteori, eftersom forskare fortsätter att leta efter hål.

'Allmän relativitetsteori är inte förenlig med de andra fundamentala krafterna, beskrivna av kvantmekaniken. Det är därför viktigt att fortsätta att sätta de strängaste testerna på allmän relativitet som möjligt, för att upptäcka hur och när teorin går sönder, förklarar astrofysikern Robert Ferdman vid University of East Anglia i Storbritannien.

'Att hitta någon avvikelse från den allmänna relativitetsteorien skulle utgöra en stor upptäckt som skulle öppna ett fönster mot ny fysik bortom vår nuvarande teoretiska förståelse av universum. Och det kan hjälpa oss att så småningom upptäcka en enhetlig teori om det grundläggande naturens krafter .'

Forskningen har publicerats i Fysisk granskning X .

Populära Kategorier: Människor , Fysik , Tech , Samhälle , Åsikt , Plats , Natur , Miljö , Förklarare , Okategoriserad ,

Om Oss

Publicering Av Oberoende, Beprövade Fakta Om Rapporter Om Hälsa, Rymd, Natur, Teknik Och Miljö.