Przejdź do głównej zawartości

Kolejne potwierdzenie teorii względności Einsteina

Wykorzystując wyjątkową czułość Green Bank Telescope (GBT), astronomowie wykonali jeden z najbardziej przekonujących testów przewidywań teorii grawitacji Einsteina. Śledząc dokładnie zachowanie trzech gwiazd w jednym układzie – dwóch białych karłów i jednej bardzo gęstej gwiazdy neutronowej – naukowcy ustalili, że nawet niezwykle zwarte gwiazdy neutronowe „opadają” w takim samym tempie, jak ich mniej gęste odpowiedniki (ten aspekt natury związany jest z tzw. „silną zasadą równoważności”).


Według przewidywań ogólnej teorii względności Einsteina, wszystkie swobodnie spadające obiekty czynią to w tym samym tempie (z tym samym przyspieszeniem w danym polu grawitacyjnym), niezależnie od swojej masy i składu. Teoria ta przeszła testy na Ziemi, jednak wciąż pozostaje aktualne pytanie czy działa tak samo dla jednych z najbardziej masywnych obiektów znanych we Wszechświecie? Międzynarodowy zespół astronomów przeprowadził bardzo rygorystyczny test, aby móc odpowiedzieć na to pytanie. Ich odkrycia pokazują, że teoria grawitacji Einsteina ciągle działa, nawet w jednym z najbardziej ekstremalnych scenariuszy, jaki może zaoferować Wszechświat.

Zabierzcie całe powietrze, a młotek i piórko spadną w tym samym tempie – koncepcja zbadana przez Galileusza w XVII wieku i znakomicie zilustrowana na Księżycu przez astronautę Apollo 15, Davida Scotta.

Podstawy te są znane już w fizyce Newtona, natomiast teoria grawitacji Einsteina wyjaśnia dlaczego tak się dzieje. Do tej pory równania Einsteina przeszły wszystkie testy, od dokładnych badań laboratoryjnych po obserwacje planet w Układzie Słonecznym. Ale alternatywy dla ogólnej teorii względności przewidują, że obiekty zwarte o wyjątkowo silnej grawitacji, takie jak gwiazdy neutronowe, spadają nieco inaczej, niż obiekty o mniejszej masie. Ta różnica, którą alternatywne teorie przewidują, wynikałaby z tak zwanej grawitacyjnej energii wiązania (energii grawitacyjnej, która utrzymuje zwarty obiekt razem). 

W 2011 r. GBT odkrył naturalne laboratorium, które pozwoliło na przetestowanie tej teorii w ekstremalnych warunkach: potrójny układ gwiazd zwany PSR J0337+1715, który znajduje się w odległości ok. 4200 lat świetlnych od Ziemi. Układ ten zawiera gwiazdę neutronową okrążającą białego karła po orbicie zajmującej 1,6 dnia. Dalej od tej pary znajduje się inny biały karzeł z okresem obiegu 327 dni.

Od czasu odkrycia, układ był regularnie obserwowany przez GBT, Westerbork Synthesis Radio Telescope w Holandii oraz Obserwatorium Arecibo w Puerto Rico. GBT spędził ponad 400 godzin obserwując system, zbierając dane i obliczając, jak każdy ze składników porusza się względem drugiego.

W jaki sposób teleskopy były w stanie zbadać ten układ? Ta konkretna gwiazda neutronowa jest w rzeczywistości pulsarem. Wiele pulsarów rotuje z dokładnością, która może rywalizować z najbardziej precyzyjnymi zegarami atomowymi na Ziemi. Jako jeden z najbardziej czułych radioteleskopów na Ziemi, GBT jest przygotowany do wychwytywania słabych impulsów fal radiowych. Gwiazda neutronowa w tym układzie rotuje z okresem 366 razy na sekundę.

Jeżeli alternatywy dla wizerunku grawitacji Einsteina byłyby poprawne, gwiazda neutronowa i wewnętrzny biały karzeł opadałyby różnie w kierunku zewnętrznego białego karła. Wewnętrzny biały karzeł nie jest tak masywny i zwarty, jak gwiazda neutronowa, a zatem ma mniej grawitacyjnej energii wiązania.

Dzięki skrupulatnym obserwacjom i dokładnym obliczeniom zespół był w stanie przetestować grawitację układu za pomocą impulsów samej gwiazdy neutronowej. Naukowcy odkryli, że jakakolwiek różnica w przyspieszeniu między gwiazdą neutronową a wewnętrznym białym karłem jest zbyt mała do wykrycia.

Wynik ten jest dziesięciokrotnie dokładniejszy, niż poprzedni test grawitacji, co czyni dowód silnej zasady równoważności Einsteina jeszcze mocniejszym. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…