Астрофизики подтверждают краеугольный камень теории относительности Эйнштейна

На системе, в которой вокруг пульсара вращаются два белых карлика, международная колоборация ученых зафиксировала наиболее точное на сегодняшний день подтверждение одного из краеугольных камней теории всеобщей относительности Эйнштейна, «универсальности свободного падения».

Об этом говорится в пресс-релизе Манчестерского университета.

Новое исследование показывает, что эта теория относится к объектам с сильной само-гравитацией, таким, как нейтронные звезды. Используя радиотелескоп, ученые могут очень точно наблюдать за сигналами, производимых пульсарами – одним из типов нейтронных звезд – и проверить обоснованность теории гравитации Эйнштейна для этих экстремальных объектов. В частности, команда проанализировала сигналы пульсара под названием "PSR J0337+1715", записанного большим радиотелескопом Nançay, который расположен в самом сердце Солони (Франция).

Принцип универсальности свободного падения говорит о том, что два тела, упавшие в гравитационном поле, испытывают одно и то же ускорение, независимо от их состава. Впервые это продемонстрировал Галилей, который, как известно, сбросил предметы разной массы с вершины Пизанской башни, чтобы убедиться, что они оба достигнут земли одновременно.

Этот принцип также лежит в основе теории общей относительности Эйнштейна. Однако некоторые намеки, такие как несоответствие между квантовой механикой и общей относительностью, или загадка господства темной материи и темной энергии в составе Вселенной, заставили многих физиков считать, что общая относительность может не быть, в конце концов, конечной теорией гравитации.

Наблюдение за пульсаром «J0337+1715», который является нейтронной звездой со звездным ядром в 1,44 раза больше массы Солнца, коллапсировавший в сферу диаметром всего 25 км, показывает, что вокруг него вращаются две звезды белые-карлики, которые имеют гораздо более слабое гравитационное поле. Результаты, которые были опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics, демонстрируют правильность универсальности принципа свободного падения.

Доктор Гийом Вуасин с Манчестерского университета, который руководил исследованием, сказал: «Пульсар излучает пучок радиоволн, которые проносятся по космосу. На каждом повороте создается вспышка радиоволн, которая с высокой точностью записывается радиотелескопом Nançay. Когда пульсар движется по своей орбите, время прихода света на Землю смещается. Именно точное измерение и математическое моделирование этих моментов прихода к наносекундной точности позволяет ученым с изысканной аккуратностью сделать вывод о движении звезды».

Новости по подобной теме:

		Новые методы позволят лучше проверить ОТО Эйнштейна с помощью данных LIGO
		Представлена самая точная проверка ключевого компонента общей теории относительности
		Теория относительности Эйнштейна прошла еще одну строгую проверку

«Прежде всего, это уникальная конфигурация этой системы, похожа на систему Земля-Луна-Солнце с присутствием второго спутника (который играет роль Солнца), по направлению к которому две другие звезды "падают" (вращаются), позволил осуществить звездную версию знаменитого эксперимента Галилея с Пизанской башни. Два тела различного состава падают с одинаковым ускорением в гравитационном поле третьего».

Измерения были записаны командой ученых из Манчестерского университета, Парижской обсерватории - PSL, французских CNRS и LPC2E (Орлеан, Франция) и Института радиоастрономии Макса Планка.

Вокруг пульсара вращаются две звезды белые-карлики, одна из которых вращается только за 1,6 дня на расстоянии приблизительно в 10 раз ближе к пульсару, чем планета Меркурий к Солнцу. Вокруг этой двоичной системы, немного похожей на Землю и Луну в Солнечной системе, вращается третья звезда, белый карлик на 40% от массы Солнца, расположенный чуть дальше, чем расстояние, отделяющее систему Земля-Луна от Солнца.

В Солнечной системе эксперимент с лунным лазером (на Луне установлены рефлекторы, и с помощью лазера можно достаточно точно измерить расстояние до нее с Земли) позволил проверить, что и Луна, и Земля все одинаково подвергаются гравитационному полю Солнца, как это предусматривает универсальность свободного падения (орбитальное движение - это форма свободного падения). Однако известно, что могут возникать некоторые отклонения от универсальности только для объектов с сильной само-гравитацией, таких как нейтронные звезды, то есть объектов, масса которых в значительной степени состоит из собственной гравитационной энергии благодаря известному уравнению Эйнштейна E = mc². Новый пульсарный эксперимент, проведенный командой, заполняет пробелы, оставленные проверками Солнечной системы, где ни один объект не имеет собственного сильного гравитационного притяжения, даже Солнце.

Команда продемонстрировала, что экстремальное гравитационное поле пульсара не может отличаться более чем на 1,8 части на миллион (с доверительным уровнем 95%) от предсказания общей относительностью. Этот результат является наиболее точным подтверждением того, что универсальность свободного падения справедливая даже при наличии объекта, масса которого во многом обусловлена собственным гравитационным полем, тем самым в дальнейшем поддерживая теорию общей относительности Эйнштейна.

Читайте еще интересные новости о космосе.

• Общая теория относительности Эйнштейна