Астрофізики підтверджують наріжний камінь теорії відносності Ейнштейна

На системі, в якій навколо пульсара обертаються два білих карлика, міжнародна колоборація вчених зафіксувала найбільш точне на сьогоднішній день підтвердження одного з наріжних каменів теорії загальної відносності Ейнштейна, «універсальності вільного падіння».

Про це розповідається в прес-релізі Манчестерського університету.

Нове дослідження показує, що ця теорія відноситься до об’єктів із сильною само-гравітацією, таких, як нейтронні зірки. Використовуючи радіотелескоп, вчені можуть дуже точно спостерігати за сигналами, що виробляються пульсарами – одним із типів нейтронних зірок – і перевірити обґрунтованість теорії гравітації Ейнштейна для цих екстремальних об'єктів. Зокрема, команда проаналізувала сигнали пульсара під назвою "PSR J0337+1715", записаного великим радіотелескопом Nançay, що розташований у самому серці Солони (Франція).

Принцип універсальності вільного падіння говорить про те, що два тіла, що впали у гравітаційному полі, зазнають одне й те саме прискорення, незалежно від їх складу. Це вперше продемонстрував Галілей, який, як відомо, скинув предмети різної маси з вершини Пізанської вежі, щоб переконатися, що вони обидва досягнуть землі одночасно.

Цей принцип також лежить в основі теорії загальної відносності Ейнштейна. Однак деякі натяки, такі як невідповідність між квантовою механікою та загальною відносністю, або загадка панування темної матерії та темної енергії у складі Всесвіту, змусили багатьох фізиків вважати, що загальна відносність може не бути, зрештою, кінцевою теорією гравітації.

Спостереження за пульсаром «J0337+1715», який є нейтронною зіркою із зоряним ядром у 1,44 рази більшим маси Сонця, що колапсував у сферу діаметром лише 25 км, показує, що навколо нього обертаються дві зірки білі-карлики, які мають набагато слабкіше гравітаційне поле. Результати, які були опубліковані у журналі Astronomy and Astrophysics, демонструють правильність універсальності принципу вільного падіння.

Доктор Гійом Вуасін із Манчестерського університету, який керував дослідженням, сказав: «Пульсар випромінює пучок радіохвиль, які проносяться космосом. На кожному повороті створюється спалах радіохвиль, який з високою точністю записується радіотелескопом Nançay. Коли пульсар рухається по своїй орбіті, час приходу світла на Землю зміщується. Саме точне вимірювання та математичне моделювання цих моментів приходу до наносекундної точності дозволяє вченим з вишуканою акуратністю зробити висновок щодо руху зірки».

«Перш за все, це є унікальна конфігурація цієї системи, схожа на систему Земля-Місяць-Сонце з присутністю другого супутника (що грає роль Сонця), у напрямку до якого дві інші зірки "падають" (обертаються), дозволив здійснити зоряну версію знаменитого експерименту Галілея з Пізанської вежі. Два тіла різного складу падають з однаковим прискоренням у гравітаційному полі третього».

Вимірювання були записані командою вчених з Манчестерського університету, Паризької обсерваторії - PSL, французьких CNRS та LPC2E (Орлеан, Франція) та Інституту радіоастрономії Макса Планка.

Навколо пульсару обертаються дві зірки білі-карлики, одна з яких обертається лише за 1,6 дня на відстані приблизно в 10 разів ближчій до пульсару, ніж планета Меркурій від Сонця. Навколо цієї двійкової системи, трохи схожої на Землю та Місяць у Сонячній системі, обертається третя зірка, білий карлик на 40% від маси Сонця, розташований трохи далі, ніж відстань, що відокремлює систему Земля-Місяць від Сонця.

У Сонячній системі експеримент із місячним лазером (на Місяці встановлені рефлектори, і за допомогою лазеру можна досить точно виміряти відстань до нього із Землі) дозволив перевірити, що і Місяць, і Земля однаково піддаються гравітаційному полю Сонця, як це передбачає універсальність вільного падіння (орбітальний рух - це форма вільного падіння). Однак відомо, що можуть виникати деякі відхилення від універсальності лише для об'єктів із сильною само-гравітацією, таких як нейтронні зірки, тобто об'єктів, маса яких значною мірою складається з власної гравітаційної енергії завдяки відомому рівнянню Ейнштейна E=mc². Новий пульсарний експеримент, проведений командою, заповнює прогалини, залишені перевірками Сонячної системи, де жоден об'єкт не має власного сильного гравітаційного тяжіння, навіть Сонце.

Команда продемонструвала, що екстремальне гравітаційне поле пульсара не може відрізнятися більш ніж на 1,8 частини на мільйон (з довірчим рівнем 95%) від передбачення загальною відносністю. Цей результат є найбільш точним підтвердженням того, що універсальність вільного падіння справедлива навіть за наявності об'єкта, маса якого багато в чому обумовлена власним гравітаційним полем, тим самим надалі підтримуючи теорію загальної відносності Ейнштейна.

Читайте ще цікаві новини про космос.