Пулсар на 25 000 светлинни години потвърди теорията на Айнщайн

Теорията на Айнщайн за обща относителност беше потвърдена за пореден път, този път чрез колебанията на пулсар, намиращ се на 25 000 светлинни години от Земята. В продължение на 14 години астрономите наблюдават въртящата се неутронна звезда PSR J1906 + 0746.

Тяхната цел е да се изучи колебанието или прецесията на два пулсара, докато те обикалят около себе си, рядко явление, предвидено обаче от теорията за общата относителност.

Астрономите, водени от Грегъри Десвинес от Института за радиоастрономия „Макс Планк“ в Бон, Германия, публикуваха своите резултати в списание Science. Техните открития биха могли да помогнат да се оцени броят на тези така наречени бинарни пулсари в нашата галактика и скоростта на сливане на неутронни звезди, които могат да произведат гравитационни вълни (също прогнозирани от теорията на относителността), които могат да бъдат наблюдавани на Земята.

Пулсарите са бързо въртящи се неутронни звезди, които излъчват струи на заредени от магнитните им полюси частици. Интензивните магнитни полета ускоряват частиците почти до скоростта на светлината, създавайки лъчи от радиовълни, които блестят в космоса като космически фарове. С точност, подобна на часовник, пулсарите се въртят до хиляди пъти в секунда, създавайки предсказуем импулс, когато лъчите преминават през Земята. Компактните ядра на мъртвите звезди набират повече маса от нашето слънце в силно ограничено пространство, като са най-компактните обекти във Вселената – идеални тестове за теория на общата относителност.

„Пулсарите могат да осигурят тестове за гравитация, които не могат да бъдат направени по никакъв друг начин“, казва в изявление съавторът на изследването Ингрид Стълби от Университета на Британска Колумбия във Ванкувър, Канада. „Това е още един убедителен пример за такъв тест.“

Общата относителност, която Алберт Айнщайн за първи път формулира през 1915 г., описва как материята и енергията изкривяват тъканта на пространство-времето, за да създадат силата на гравитацията. Масивните плътни предмети, като пулсари, могат драстично да огъват пространство-времето. Ако два пулсара се окажат в орбита помежду си, общата относителност предсказва, че могат да създадат леко колебание докато се въртят, като бавно въртящ се връх. Това следствие от гравитацията се нарича релативистична спина прецесия.

Когато астрономите откриват PSR J1906 + 0746 през 2004 г., той изглеждаше като почти всеки друг пулсар, с два определени, поляризирани лъча, видими при всяко въртене. Но когато неутронната звезда беше наблюдавана втори път години по-късно, се появи само един лъч. Преглеждайки отново всички записи на наблюденията от 2004 до 2018 г., екипът определи за причина на изчезването на лъча, прецесията на пулсара.

Използвайки данните от 14 години, те разработват модел, обхващащ 50 години и точно прогнозират изчезването и появата на двата лъча от прецесията. Когато сравняват модела с наблюдението, скоростта на прецесия съвпада, като има само 5% несигурност. Данните са в пълно съответствие с теорията на Айнщайн.

„Експериментът ни отне много време,“ каза в изявление Майкъл Крамер, директор на департамента по фундаментална физика на Института Макс Планк. „Да бъдеш търпелив и старателен наистина е дало резултат“, заключава ученият.