Znajdź zawartość

Po 16 latach badań opublikowano wyniki eksperymentu, który miał poszukać luk w ogólnej teorii względności Einsteina. Teorię poddano testom w ekstremalnych warunkach, wykorzystując w tym celu parę pulsarów, które obserwowano przez siedem różnych teleskopów. Teraz, na łamach Physical Review X naukowcy informują o zaobserwowaniu nowych zjawisk relatywistycznych. Ich istnienie teoretycznie przewidziano wcześniej, ale dopiero teraz udało się je zaobserwować. Wielokrotnie udowodniono, że ogólna teoria względności (OTW) Einsteina się sprawdza, jednak wiemy, że nie mówi ona ostatniego słowa w dziedzinie teorii grawitacji. Ponad 100 lat po jej sformułowaniu naukowcy wciąż poszukują w niej luk, mówi doktor Robert Ferdmanz University of East Anglia. Uczony przypomina, że OTW jest niekompatybilna z oddziaływaniami podstawowymi opisywanymi przez mechanikę kwantową. Dlatego też uczeni na całym świecie poddają teorię Einsteina wymagającym testom, by znaleźć jej słabości. Odkrycie znacznego odejścia od OTW byłoby ważnym odkryciem, które otworzyłoby nam drzwi do nowej fizyki, wykraczającej poza nasze aktualne rozumienie wszechświata. A to z kolei mogłoby ewentualnie doprowadzić do opracowania teorii unifikującej wszystkie podstawowe siły natury. Dlatego też zespół pod kierunkiem Michaela Kramera z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka w Bonn, rozpoczął przed laty jeden z najbardziej rygorystycznych testów teorii względności. Pulsar to wysoce namagnetyzowana wirująca kompaktowa gwiazda, która z biegunów magnetycznych emituje promieniowanie elektromagnetyczne. Masa pulsarów naszych jest większa od masy Słońca, ale ich średnica wynosi zaledwie około 20 kilometrów. Są to więc niewiarygodnie gęste obiekty, które jak latarnie morskie omiatają przestrzeń kosmiczną za pomocą fal radiowych, wyjaśnia Ferdman. Naukowcy postanowili przyjrzeć się podwójnemu pulsarowi, który odkryli w 2003 roku. To najbardziej precyzyjne laboratorium do testowania teorii Einsteina. Teorii, która powstała, gdy ani nie wiedziano o istnieniu takich gwiazd, ani nie istniała technologia pozwalająca na ich badanie, mówią uczeni. Zwykle pulsar podwójny składa się z pulsara i obiektu typu gwiazdowego (np. białego karła, gwiazdy neutronowej). Uczeni wzięli na warsztat niezwykle rzadki typ pulsara podwójnego, w którym oba obiekty są pulsarami. Gwiazdy wędrują wokół siebie wykonując pełne okrążenie w ciągu 147 sekund, pędząc przy tym z prędkością około 1 miliona km/h. Jedne z obserwowanych pulsarów wiruje z prędkością około 44 razy na sekundę. Jego towarzysz jest młodszy i wiruje z prędkością 2,8 obrotu na sekundę. Jednak to ruch pulsarów względem siebie tworzy idealne laboratoriów do testów teorii grawitacji. Układ PSR J0737–3039A/B obserwowano za pomocą siedmiu teleskopów z USA, Australii, Francji, Niemiec, Holandii i Wielkiej Brytanii. Dzięki temu osiągnęli niezwykłą precyzję pomiarową. Byliśmy w stanie przetestować kamień węgielny teorii Einsteina, fale grawitacyjne, z dokładnością 1000-krotnie większą niż współczesne wykrywacze fal grawitacyjnych i 25-krotnie większą niż badania pulsara podwójnego Hulse-Taylora (PSR B1913+16), za którego odkrycie i analizę Hulse i Taylor otrzymali Nagrodę Nobla, cieszy się profesor Kramer. Analizowaliśmy drogę fotonów fal radiowych emitowanych przez pulsar i badaliśmy ją w silnym polu grawitacyjnym drugiego pulsara. Po raz pierwszy obserwowaliśmy, że fotony były spowalniane nie tylko przez silne zakrzywienie czasoprzestrzeni w pobliżu towarzyszącego pulsara, ale również, że są one odginane o 0,04 stopnia. Nigdy wcześniej tego nie obserwowano, mówi profesor Ingrid Stairs z University of British Columbia. Dzięki temu, że wykorzystano tak niezwykły obiekt jak pulsar, który bardzo szybko się obraca, jest o 30% bardziej masywny od Słońca i ma zaledwie 24 kilometry średnicy, można było przetestować wiele koncepcji OTW. Oprócz fal grawitacyjnych i rozchodzenia się światła mogliśmy nawet zmierzyć dylatację czasu w polu grawitacyjnym. Gdy badaliśmy emisję elektromagnetyczną pulsara musieliśmy wziąć pod uwagę słynne równanie E=mc2. Okazało się, że nasz pulsar traci w ciągu sekundy aż 8 milionów ton masy. Jednak tylko pozornie jest to dużo. To zaledwie 3 części na tysiąc miliardów miliardów jego masy całkowitej, dodaje profesor Dick Manchester z australijskiego CSIRO. Naukowcy zauważyli też kolejny efekt relatywistyczny. Z dokładnością do 1 części na milion zmierzyli zmiany orientacji orbity pulsara. Efekt ten znany jest też z orbity Merkurego, jednak w przypadku badanego pulsara jest 140 000 razy silniejszy. Połączenie różnych technik pomiarowych pozwoliło też stwierdzić, że odległość pomiędzy Ziemią a pulsarem podwójnym wynosi 2400 lat świetlnych i zawęzić margines błędu do 8%. To bardzo istotne, gdyż wyniki wielu badań odległych obiektów były bardzo niepewne ze względu na niepewność odnośnie ich położenia. Zebraliśmy o tym systemie wszelkie możliwe informacje i na tej podstawie zbudowaliśmy perfekcyjnie spójny obraz, wykorzystując w tym celu wiele dziedzin fizyki: fizykę jądrową, grawitację, fizykę ośrodka międzygwiezdnego, fizykę plazmy i wiele innych, dodaje profesor Bill Coles z University of California San Diego. Uzyskane w ten sposób wyniki zgadzają się i uzupełniają wyniki innych eksperymentów. Osiągnęliśmy niespotykaną dotychczas precyzję. Przyszłe eksperymenty, z użyciem jeszcze większych teleskopów, pokażą  jeszcze więcej, mówi Kramer. « powrót do artykułu