mai 28, 2022

Obiectiv Jurnalul de Tulcea – Citeste ce vrei sa afli

Informații despre România. Selectați subiectele despre care doriți să aflați mai multe

Radio Pulsar îi dă dreptate lui Binary Einstein cel puțin 99,99%.

Cercetătorii au efectuat un experiment de 16 ani pentru a contesta teoria generală a relativității a lui Einstein. Echipa internațională a privit stelele – o pereche de stele extreme numite pulsari – prin șapte radiotelescoape din întreaga lume. Credit: Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie

Au trecut mai bine de o sută de ani de când Einstein și-a oficializat teoria relativității generale (GR), teoria geometrică a gravitației care ne-a revoluționat înțelegerea universului. Cu toate acestea, astronomii sunt încă supuși unor teste riguroase, sperând să găsească abateri de la această teorie bine stabilită. Motivul este simplu: orice indicator al fizicii dincolo de GR ar deschide noi ferestre asupra universului și ar ajuta la rezolvarea unora dintre misterele mai profunde despre univers.

Unul dintre cele mai riguroase teste vreodată a fost efectuat recent de o echipă internațională de astronomi condusă de Michael Kramer de la Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie (MPIfR) din Bonn, Germania. Folosind șapte radiotelescoape din întreaga lume, Kramer și colegii săi au observat o pereche unică de pulsari timp de 16 ani. În acest proces, ei au observat efectele prezise de GR pentru prima dată, și cu sănătate Cel puțin 99,99%!

Pe lângă cercetătorii de la MPIfR, Kramer și colegii săi li s-au alăturat și cercetători din instituții din zece țări diferite – inclusiv Centrul Jodrell Bank pentru Astrofizică (Marea Britanie), Centrul de Excelență ARC pentru Detectarea undelor gravitaționale (Australia) și Oceanul. Institut. Pentru fizica teoretică (Canada), Observatorul din Paris (Franța), Osservatorio Astronomico di Cagliari (Italia), Observatorul de radioastronomie din Africa de Sud (SARAO), Institutul Olandez de Radioastronomie (ASTRON) și Observatorul Arecibo.

O stea neutronică a unui pulsar care se rotește rapid

Pulsarii sunt stele neutronice care se rotesc rapid, care emit fascicule înguste de unde radio. Credit: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA

„Pusarii radio” sunt o clasă specială de stele neutronice care se rotesc rapid și sunt foarte magnetice. Aceste obiecte ultra-dense emit fascicule radio puternice de la poli care (atunci când sunt combinate cu rotația lor rapidă) creează un efect puternic asemănător unui far. Astronomii sunt fascinați de pulsari deoarece oferă o mulțime de informații despre fizica care guvernează obiectele ultra-mici, câmpurile magnetice, mediul interstelar (ISM), fizica planetară și chiar cosmologie.

READ  Un mormânt „neatins” din epoca bronzului conține rămășițe umane și o piatră misterioasă găsită în Irlanda

În plus, forțele gravitaționale intense le permit astronomilor să testeze predicțiile făcute de teorii gravitaționale precum GR și Dinamica Newtoniană modificată (MOND) în unele dintre cele mai dure condiții imaginabile. Pentru studiul lor, Kramer și echipa sa au examinat PSR J0737-3039 A/B, un sistem „stea dublă” situat la 2.400 de ani lumină de Pământ în constelație de păpuși.

Acest sistem este singurul radio pulsar binar vreodată și a fost descoperit în 2003 de membrii echipei de cercetare. Cei doi pulsari care alcătuiesc acest sistem au revoluții rapide — de 44 de ori pe secundă (A), o dată la 2,8 secunde (B) — și orbitează unul pe celălalt timp de doar 147 de minute. Deși este cu aproximativ 30% mai mare decât Soarele, are doar aproximativ 24 km (15 mi) în diametru. Prin urmare, gravitația sa intensă și câmpurile magnetice intense.

Pe lângă aceste proprietăți, perioada orbitală rapidă a acestui sistem îl face un laborator aproape perfect pentru testarea teoriilor gravitaționale. După cum a spus profesorul Kramer într-un comunicat de presă recent pentru MPIfR:

„Am studiat un sistem de stele comprimate și suntem un laborator de neegalat pentru testarea teoriilor gravitaționale în prezența câmpurilor gravitaționale foarte puternice. Spre bucuria noastră, am putut testa piatra de temelie a teoriei lui Einstein, energia pe care o transportă. valuri gravitationale, cu o precizie de 25 de ori mai bună decât cea a pulsarului Hulse-Taylor, laureat al Premiului Nobel, și de 1.000 de ori mai bună decât ceea ce este posibil în prezent cu detectoarele de unde gravitaționale.”

Câmpul gravitațional al unei găuri negre

Impresie de artist despre traiectoria stelei S2 care trece lângă Săgetător A*, care permite, de asemenea, astronomilor să testeze predicțiile făcute de relativitatea generală în condiții extreme. Credit: ESO/M. Kornmeiser

Pentru campania de observare de 16 ani au fost utilizate șapte radiotelescoape, inclusiv Parkes Radio Telescope (Australia), Green Bank Telescope (SUA), Nansai Radio Telescope (Franța), Eiffelberg 100m Telescope (Germania), Lovell Radio Telescope (Kingdom United), Telescopul radio Westerbork Synthesis (Olanda) și Very Long Core Array (SUA).

Aceste observatoare au acoperit diferite părți ale spectrului radio, variind de la 334 MHz și 700 MHz la 1300 – 1700 MHz, 1484 MHz și 2520 MHz. Făcând acest lucru, ei au putut să vadă cum fotonii care provin de la acest pulsar binar au fost afectați de gravitația sa puternică. După cum a explicat profesorul Ingrid Stiers de la Universitatea British Columbia (UBC) din Vancouver, un coautor al studiului:

„Urmărim propagarea fotonilor radio emiși de un far cosmic, un pulsar și urmărim mișcarea acestora în câmpul gravitațional puternic al unui pulsar însoțitor. Vedem pentru prima dată cum lumina este întârziată nu numai de curbura puternică a spațiului. timpul în jurul unui însoțitor, dar și că lumina este deviată cu un unghi mic de 0,04 grade. Putem descoperirea lor. Un astfel de experiment nu a mai fost făcut niciodată într-o curbură atât de mare a spațiu-timpului.”

După cum a adăugat coautorul profesorului Dick Manchester de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) din Australia, mișcarea orbitală rapidă a obiectelor compacte ca acestea le-a permis să testeze șapte predicții diferite despre GR. Acestea includ undele gravitaționale, propagarea luminii („întârzierea și curbarea luminii lui Shapiro), dilatarea timpului și ecuația masă-energie (E = mc).2), și care este efectul radiației electromagnetice asupra mișcării orbitale a unui pulsar.

Telescopul Robert C. Bird Green Bank

Telescopul Robert C. Bird Green Bank (GBT) din Virginia de Vest. Credit: GBO/AUI/NSF

„Această radiație este echivalentă cu o pierdere colectivă de 8 milioane de tone pe secundă!” El a spus. „Deși sună mult, este o mică fracțiune – 3 părți la mie de miliard (!) – din masa unui pulsar pe secundă”. Cercetătorii au făcut, de asemenea, măsurători foarte precise ale modificărilor orientării orbitale a pulsarilor, un efect relativist observat pentru prima dată cu orbita lui Mercur – și unul dintre misterele pe care teoria GR a lui Einstein le-a ajutat să le rezolve.

Doar aici, efectul a fost de 140.000 de ori mai puternic, ceea ce a determinat echipa să realizeze că trebuie să ia în considerare și efectul rotației pulsarului asupra spațiu-timpului înconjurător – alias. Efect de lentilă-încet sau „trageți cadrul”. Dr. Norbert Weeks de la MPIfR, un alt autor principal al studiului, a permis, de asemenea, o nouă descoperire:

„Acest lucru înseamnă, în experiența noastră, că trebuie să luăm în considerare structura internă a unui pulsar ca un stea neutronică. Prin urmare, măsurătorile noastre ne permit, pentru prima dată, să folosim urmărirea precisă a ciclurilor stelelor neutronice, o tehnică pe care o numim sincronizare pulsar pentru a oferi constrângeri asupra extinderii stelei neutronice.”

Un alt rezultat valoros din acest experiment a fost modul în care echipa a combinat tehnici de monitorizare complementare pentru a obține măsurători ale distanțelor de mare precizie. Studiile similare au fost adesea îngreunate de estimările slabe ale distanței în trecut. Combinând tehnologia de sincronizare a pulsarilor cu măsurători precise de interferometrie (și efecte ISM), echipa a obținut un rezultat de înaltă rezoluție de 2.400 de ani lumină cu o marjă de eroare de 8%.

Noile observații ale coliziunilor stelelor neutronice provoacă unele teorii existente

Ilustrație de artist a două stele neutronice care se fuzionează. Fasciculele înguste reprezintă o explozie de raze gamma, în timp ce rețeaua spațiu-timp ondulată denotă undele gravitaționale opuse care caracterizează fuziunea. Credit: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonet

În cele din urmă, nu numai că rezultatele echipei au fost în concordanță cu GR, dar au putut să vadă și efecte care nu ar fi putut fi studiate înainte. După cum a exprimat Paulo Freire, un alt coautor al studiului (tot de la MPIfR):

„Rezultatele noastre completează bine alte studii experimentale care testează gravitația în alte condiții sau văd efecte diferite, cum ar fi detectoarele de unde gravitaționale sau Telescopul Event Horizon. Ele completează și alte experimente cu pulsari, cum ar fi experimentul nostru de sincronizare cu un pulsar într-un sistem de stele triple. , care a oferit un test independent (și fascinant) al universalității căderii libere.”

„Am atins un nivel de precizie fără precedent”, a concluzionat profesorul Kramer. Experimentele viitoare cu telescoape mai mari ar putea și vor continua să meargă mai departe. Munca noastră a arătat modul în care ar trebui să fie efectuate astfel de experimente și care efecte exacte trebuie luate în considerare acum. Poate că într-o zi vom găsi o abatere de la relativitatea generală.”

Lucrarea care descrie cercetările lor a apărut recent în jurnal X. revizuire fizicăȘi

Postat inițial în universul de azi.

Pentru a afla mai multe despre această cercetare:

Referință: „Testele gravitaționale în câmp puternic folosind steaua dublă” de M. Kramer și colab. 13 decembrie 2021, X. revizuire fizică.
DOI: 10.1103/ PhysRevX.11.041050