Według ogólnej teorii względności Einsteina oraz jego podejścia do grawitacji każdy obiekt spada tak samo, niezależnie od masy, czy składu chemicznego. Ta teoria była wiele razy potwierdzona różnymi testami tutaj na Ziemi, lecz czy jest ona nadal prawidłowa dla o wiele masywniejszych i gęstszych obiektów w znanym nam wszechświecie?

Międzynarodowy zespół astronomów poddał to powracające wiele razy pytanie pod najbardziej surowy i rygorystyczny dotychczas test. Ich wyniki badań, które zostały opublikowane w magazynie Nature, pokazują, że spostrzeżenia Einsteina dotyczące grawitacji nadal są prawidłowe, nawet w najbardziej ekstremalnych przypadkach, jakie może nam zaoferować Wszechświat.

W 2011 roku Radioteleskop Green Bank (GBT), należący do Narodowej Fundacji Nauki (NSF), posłużył do odkrycia naturalnego laboratorium dla ogólnej teorii względności, które posiada bardzo skrajne warunki – układ potrójny gwiazd o nazwie PSR J0337+1715, położony około 4200 lat świetlnych od Ziemi. Znajduje się tam gwiazda neutronowa oraz biały karzeł, orbitujące na 1,6-dniowej orbicie oraz inny biały karzeł, poruszający się na 327-dniowej orbicie, będący dalej od dwóch pierwszych gwiazd.

Ilustracja przedstawia układ potrójny, który został zbadany w celu sprawdzenia ogólnej teorii względności oraz tego, czy wszystkie obiekty będą spadać tak samo.

„To jest bardzo wyjątkowy układ gwiazd” — powiedział Ryan Lynch z Obserwatorium Green Bank w Wirginii Zachodniej, który był współtwórcą artykułu. — „Nie znamy żadnego podobnego przypadku. Tworzy to bardzo rzadkie pole do przetestowania teorii Einsteina”.

Od czasu odkrycia tego układu był on regularnie obserwowany przez GBT, Radioteleskop Westerbork Synthesis w Holandii oraz przez obserwatorium Arecibo w Puerto Rico, należące do NSF. Radioteleskop Green Bank obserwował ten system przez więcej niż 400 godzin, zbierając informacje oraz wyliczając, jak te obiekty poruszają się względem innych obiektów.

Na pewno zastanawiacie się teraz, jak wyżej wymienione teleskopy są w stanie dowiedzieć się czegoś o tym układzie. Otóż owa gwiazda neutronowa jest tak naprawdę pulsarem. Wiele pulsarów obraca się cały czas tak samo, rywalizując przy tym z najbardziej precyzyjnymi zegarami atomowymi na Ziemi. „Jako jeden z najbardziej czułych radioteleskopów na świecie, GBT jest skupiony na tym, by wyłapywać te słabe pulsy fal radiowych w celach dowiadywania się więcej o ekstremalnej fizyce” — powiedział Lynch. Gwiazda neutronowa w tym układzie pulsuje (obraca się) 366 razy na sekundę.

To jest Radioteleskop Green Bank, położony w Stanach Zjednoczonych w stanie Wirginia Zachodnia, dzięki któremu istniała możliwość zaobserwowania gwiazdy neutronowej oraz całego układu.

„Jesteśmy w stanie wykryć każdy pojedynczy puls gwiazdy neutronowej od początku obserwacji” — powiedziała Anne Archibald z Uniwersytetu w Amsterdamie oraz Holenderskiego Instytutu Radioastronomii, która również jest główną autorką artykułu. „Możemy wskazać jego lokalizację z dokładnością do paru setek metrów. To daje nam możliwość wskazania, gdzie znajdowała się gwiazda oraz gdzie będzie się znajdować”.

Jeżeli alternatywy do obrazu grawitacji według Einsteina byłyby prawidłowe, to gwiazda neutronowa oraz wewnętrzny biały karzeł powinny spadać w kierunku zewnętrznego białego karła w inny sposób od drugiej gwiazdy. „Wewnętrzny biały karzeł nie jest tak samo masywny i gęsty jak gwiazda neutronowa, więc ma mniejszą energię wiązania grawitacyjnego” — powiedział Scott Ransom, astronom z Narodowego Obserwatorium Radioastronomicznego w Charlottesville w Wirginii, który współtworzył artykuł.

Poprzez dokładne obserwacje oraz staranne obliczenia zespół był w stanie przetestować grawitację teorii Einsteina tylko przy pomocy pulsów gwiazdy neutronowej. Doszli oni do wniosków, że różnica przyspieszenia pulsara oraz wewnętrznego białego karła jest zbyt mała, by ją zaobserwować.

„Jeżeli jest jakaś różnica, to jest ona nie większa od trzech milionowych” – powiedziała współautorka badań, Nina Gusinskaja z Uniwersytetu w Amsterdamie. To stanowi poważną przeszkodę dla alternatyw dla ogólnej teorii względności.

Artystyczna wizja układu potrójnego, złożonego z dwóch białych karłów oraz pulsara, który był idealny do testów OTW Einsteina oraz jej stwierdzenia, że obiekty spadają tak samo, niezależnie od masy, czy składu chemicznego.

Te wyniki są dziesięć razy bardziej precyzyjne, niż poprzedni, najlepszy test grawitacji Einsteina, tworząc jeszcze twardsze dowody na słuszność jego silnej zasady równoważności.

Autor

Mateusz Kruk
Mateusz Kruk

Młody pasjonat gier, elektroniki oraz astronomii, a na dodatek pisze tutaj w wolnym czasie. Ku chwale astronomii!