Общата теория на относителността на Айнщайн издържа нов тест

Общата теория на относителността, която великият физик предложи през 1915 г. твърди, че гравитацията е следствие от присъщата гъвкавост на пространство и време: масивните обекти изкривяват космическата тъкан, създавайки поле, около което други тела обикалят.

Подобно на всички научни теории, Общата теория на относителността прави прогнози, които се нуждаят от доказване.

Принципът на еквивалентността е основен постулат на Общата теория на относителността. Във физиката на относителността, принципът на еквивалентност се отнася до няколко свързани идеи относно еквивалентността на гравитационната и инертната маса и твърдението на Алберт Айнщайн, че гравитационната сила, която телата изпитват в близост до масивни тела (като Земята) е същата като фиктивната сила изпитвана от наблюдател в неинерционна отправна система (система изпитваща ускорение).

С по-прости думи, принципът гласи, че притеглянето и ускорението са едно и също нещо. Изследователите потвърдиха многократно принципа на еквивалентност на Земята, както и на Луната. През 1971 г. астронавтът от  Аполо 15 Дейвид Скот, пусна перо и чук едновременно; като двата предмета са паднали на повърхността на Луната по едно и също време. (На Земята, разбира се, перото би докоснало земята много по-късно от чука, което се дължи на нашата атмосфера).

Трудно е да се знае обаче, дали принципът на еквивалентност е приложим във всички ситуации – когато въпросните обекти са невероятно плътни или масивни, например.

Ново проучване на международен екип от астрономи, провери валидността на принципа на еквивалентност при екстремни условия: система, съставена от две супер плътни звезди, известни като бели джуджета и още по-плътна неутронна звезда.

Неутронната звезда е бързо-въртящ се тип слънце, известен като пулсар. Тези екзотични обекти са наречени така, защото изглежда, че излъчват радиация в регулярни импулси. Това обаче е само ефект при страничното наблюдение на обектите; пулсарите излъчват непрекъснато радиация от своите полюси, но астрономите откриват това излъчване само когато е насочено към Земята. И тъй като пулсарите се въртят, те насочват полюсите си към Земята през редовни интервали.

Въпросната звездна система, известна като PSR J0337 + 1715, се намира на 4200 светлинни години от Земята в посока към съзвездието Телец. Пулсарът, който се върти 366 пъти в секунда, обикаля с едно от белите джуджета, като двойката обикаля около общ център на маса на всеки 1,6 земни дни. Това дуо в същото време е в 327-дневна орбита с другото бяло джудже, което се намира много по-далеч.

Пулсарът има 1.4 пъти по-голяма маса от тази на Слънцето, като тя е натъпкана в сфера с размерите на Амстердам, докато вътрешното бяло джудже съдържа само 0.2% от масата на нашето Слънце и е приблизително с размера на Земята. Така че те са много различни обекти – но те трябва да изпитват привличане от гравитацията на външното бяло джудже по един и същ начин, ако принципът на еквивалентност е валиден.

Изследователите проследяват движенията на пулсара, като наблюдават неговите емисии радиовълни. Те правят това в продължение на шест години, като използват радиотелескопа „Westerbork Synthesis“ в Холандия, телескоп в Западна Вирджиния и обсерваторията „Аречибо“ в Пуерто Рико.

„Ние можем да отчетем всеки един пулс от неутронната звезда, откакто започнахме нашите наблюдения“, заявява ръководителят на изследването Ан Анхрибалд, изследовател в университета в Амстердам и Холандския институт за радиоастрономия. „Можем да определим местоположението му с точност до няколкостотин метра. Това е наистина точна следа за това къде е неутронната звезда и накъде отива“.

Ако има нарушаване на принципа на еквивалентност, то би се проявило като изкривяване на орбитата на пулсара – разлика между пътя на неутронната звезда и тази на вътрешния й спътник бялото джудже. Това изкривяване би предизвикало излъчването от пулсара да пристигне в малко по-различно време от очакваното. Изследователите обаче, не откриват такова изкривяване.

„Ако има разлика, тя е не повече от 3 части на милион“, казва съавторката Нина Гусинская, доктор по астрономия в университета в Амстердам.

„Сега всеки, който има алтернативна теория на гравитацията, има още по-тесен обхват от възможности, в които теорията му трябва да се впише, за да съответства на онова, което сме виждали, също така подобрихме точността на най-добрия предишен тест за гравитация десет пъти, както в рамките на Слънчевата система, така и с други пулсари“, добавя Гусинская.

Новото проучване бе публикувано в списание Nature.