Promieniowanie grawitacyjne, zmarszczki przestrzeni których istnienie przewidział Albert Einstein, mogą działać niczym kosmiczne progi spowalniające, powstrzymując lekkomyślne pulsary od zbyt szybkiego obracania się. Mogłoby ono doprowadzić do rozerwania się gwiazdy. Takie wyniki badań zostały opublikowane 3 lipca w tygodniku Nature.

Pulsary, najszybciej obracające się gwiazdy we Wszechświecie, są jądrami pozostałymi po wybuchach gwiazd supernowych. Zawierają masę porównywalną z masą Słońca zawartą w obszarze o rozmiarach kilkunastu kilometrów. Niektóre z tych gwiazd zwiększają prędkość obrotu ściągając na siebie otaczający je gaz. Obracają się dzięki temu raz na milisekundę, a ich powierzchnie poruszają się z prędkością rzędu jednej piątej prędkości światła. Gdyby jeszcze przyspieszyły, mogłoby dojść do ich rozpadu.

Dzięki satelitarnemu obserwatorium rentgenowskiemu Rossi X-ray Timing Explorer, uczeni znaleźli ograniczenie na maksymalną prędkość obrotu pulsara i spekulują, że jego przyczyną jest promieniowanie grawitacyjne. Im szybciej gwiazda się obraca, tym więcej energii grawitacyjnej jest uwalniane kiedy pulsar staje się nieco zdeformowany. To może ograniczać rotację gwiazdy i ratować ją przed unicestwieniem.

„Przyroda ustanowiła dla pulsarów ograniczenie prędkości” – powiedział prof. Deepto Chakrabarty z Massachusetts Institute of Technology (MIT), główny autor opublikowanej pracy. „Podobnie w przypadku samochodów ścigających się po autostradzie, istnieje techniczna możliwość żeby najszybciej obracające się pulsary kręciły się dwa razy szybciej. Coś je jednak przed tym powstrzymuje. Może to być promieniowanie grawitacyjne„.

Współautorami pracy są: Edward Morgan, Michael Muno i Duncan Galloway z MIT; Rudy Wijnands z University of St. Andrews w Szkocji; , Michiel van der Klis z Uniwersytetu w Amsterdamie; Craig Markwardt z NASA Goddard Space Flight Center.

Fale grawitacyjne, analogicznie do fal na powierzchni morza, są zmarszczkami czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Te egzotyczne fale, przewidziane przez ogólna teorię względności Einsteina, wytwarzane przez poruszające się masywne obiekty nie zostały dotąd zarejestrowane w bezpośredni sposób.

Stworzony w wyniku wybuchu supernowej pulsar obraca się około 30 razy w ciągu sekundy i zwalnia w okresie milionów lat. Jeśli jednak znajduje się w układzie podwójnym, może ściągać materię należącą do towarzysza. Przepływ może skrócić okres obrotu do milisekund, co odpowiada setkom obrotów w ciągu sekundy.

W przypadku niektórych pulsarów gromadząca się na powierzchni materia jest okazjonalnie spalana w potężnych termonuklearnych eksplozjach. Jest wtedy przez kilka sekund emitowane promieniowanie rentgenowskie.

Błyski umożliwiają pomiar prędkości obrotu pulsarów. Analizując te zjawiska w przypadku 11 pulsarów, uczeni stwierdzili że najszybszy z nich obracał się 619 razy na sekundę.

Rossi Explorer jest w stanie zarejestrować pulsar obracający się 4 tysiące razy na sekundę. Ich rozpadu spodziewamy się już przy 1000 do 3000 obrotów. Uczeni nie znaleźli jednak żadnego takiego przypadku. Ze statystycznej analizy 11-elementowej próbki ustalono że maksymalna prędkość obrotu musi leżeć poniżej 760 obrotów na sekundę.

Badania wspierają tezę, że za ograniczeniem szybkości obrotu stoi promieniowanie grawitacyjne. Teoria została zaproponowana przez prof. Larsa Bildstena z University of California. Kiedy pulsar przyspiesza, w wyniku akrecji materii jakiekolwiek zniekształcenie w rozkładzie gęstości jego półkilometrowej skorupy powoduje generowanie fal grawitacyjnych. Równowaga ustala się gdy moment pędu tracony przez to promieniowanie równoważy się z momentem pędu zyskiwanym w drodze akrecji.

Bildsten stwierdził, że pulsary z akrecją materii będą mogły być lepiej badane kiedy uda się wreszcie zarejestrować fale grawitacyjne w sposób bezpośredni. Budowane są już obserwatoria tych fal.

„Fale są bardzo subtelne, w wyniku ich działania odległość Ziemi od Księżyca zmienia się o jedną dziesiątą część średnicy atomu” – powiedział prof. Barry Barish, dyrektor obserwatorium LIGO (Interferometer Gravitational-Wave Observatory). „Dlatego właśnie promieniowanie grawitacyjne nie zostało dotąd zarejestrowane w sposób bezpośredni. Mamy jednak nadzieję, że stanie się to wkrótce„.