Valge kääbuse orbiidi ümber pöörleva pulsari äärmiselt suure täpsusega mõõtmiste abil avastasid astronoomid, et gravitatsioonikonstant, mis määrab raskusjõu, on kogu maailmas universaalselt julgustav.
Pikka aega arvatakse, et gravitatsioonikonstant (või lihtsalt "G") on kogu Universumis sama, nagu valguse kiirus vaakumis ja Plancki konstant on tuntud universaalsed konstandid. Aga kuidas me saame sellest kindel olla?
Varem peegeldasid teadlased kuut lasereid, et määrata oma kaugus Maast, lähenedes täpsele G. mõõtmisele. Nüüdseks uurisid teadlased Lääne-Virginia rohelise panga raadioteleskoopi ja Puerto Rico Arecibo vaatluskeskust üksikasjalikult päikesesüsteemi ja fikseerivad kiirguskiirgused toodetud pöörleva neutronitähega või pulsariga, mis on tuhandeid valgusaastaid.
Pulsarid on meie universumi kosmiline kell. Need on suurte tähtede iidsed jäänused, mis läksid välja, elasid üle supernova plahvatuse ja koosnevad nüüd väga tihedast, alandavast ainest, mille läbimõõt on alla 32 km. Pulsaridel on ka võimsad magnetväljad, mis võivad tekitada äärmiselt kollimiseeritud raadio kiirguse. Iga kord, kui pulsar pöörleb, saab polaarkiire saata Maa peale ja salvestada pulseerimiste kujul: nagu majakate välk vilgub vahemaa tagant. Aja mõõtmiseks on see pulsatsioon absoluutselt viide. Astronoomid jälgivad neid objekte universumi kõige täpsematena ajavõtjatena, konkureerides kõige arenenumate aatomkelladega, mis meil on maailmas.
Nüüd, uurides üht spetsiaalset pulsarit, mida nimetatakse PSR J1713 + 0747, tegid astronoomid kõige täpsemaid G-mõõtmisi väljaspool päikesesüsteemi.
„Nende tähtede jäänuste üleloomulik püsivus näitas intrigeerivaid tõendeid selle kohta, et põhiline raskusjõud,“ suur füüsika G ”, jääb ruumis muutumatuks, ütleb astronoom Weiwei Zhu, Briti Columbia ülikooli endine töötaja Kanadas, NRAO pressiteates. "Sellel vaatlusel on oluline mõju kosmoloogiale ja mõnedele füüsika põhilistele jõududele."
Zhu on Astrophysical Journalis avaldatud uue uuringu peamine autor.
PSR J1713 + 0747 on ideaalne labor, et uurida mõningaid ruumi, aja ja suhtelisuse põhiväärtusi. Esiteks on sellel ainulaadne lai orbiit valge kääbuse ümber. Pulsar võtab täisringi täitmiseks 68 päeva. See on ka uskumatult särav - üks heledamaid tuntud pulsare. Kahekordse tärnina kaotab süsteem gravitatsioonilainete kaudu väga väikese koguse energiat - Einsteini üldise suhtelisuse teooriaga prognoositud nähtused.
Nende lai ja stabiilne orbiit tähendab, et see energiakadu, mis on äärmiselt väike, avaldab vähest mõju pulsari orbiidile, mis teeb selle peamiseks sihtmärgiks igasuguse raskusjõu jälgimiseks. (Kompaktsema orbiidi korral kuluks gravitatsioonilainete abil süsteemist eraldamiseks rohkem energiat, pulsar-orbiidi omaduste mõõtmisel tekitatakse vigu.) Seega saame nüüd täpselt mõõta selle tähe süsteemi gravitatsioonilist iseloomu. Miks see oluline on?
Pulsaari ja valge kääbuse kahekordne tähesüsteem on Maa peal 3750 valgusaasta kaugusel ja G-väärtus, mis saadi pärast 21-aastast raadio-vaatlust, langeb peaaegu täielikult kokku kõige täpsemate G päikesesüsteemist saadud mõõtmistega. Seega ilmneb (vähemalt selles testis), et G on kogu teadaolevas universumis konstantne.
"Gravitatsioon on jõud, mis seob tähed, planeedid ja galaktikad kokku," ütles astronoom ja kaasautor Scott Rhans riiklikust raadioastronomia vaatluskeskusest (NRAO). "Kuigi see näib olevat Maa peal püsiv, on kosmoloogias mõningaid teooriaid, milles eeldatakse, et gravitatsioon võib muutuda muul ajal või Universumi teistes osades."
"Need tulemused, uued ja vanad, võimaldavad meil kindlalt välistada" eriliste "aegade või erinevate gravitatsioonilise käitumisega kohtade olemasolu tõenäosuse," ütles astronoom ja kaasautor Ingridi trepid, samuti Briti Columbia ülikoolist Kanadas. "Gravitatsiooniteooriad, mis erinevad üldisest relatiivsusteooriast, teevad sageli selliseid prognoose, ja me oleme pannud uued raamistikud nende teooriate kirjeldamiseks."
"Gravitatsioonikonstant on füüsika põhikonstant, mistõttu on oluline kontrollida seda üldist eeldust erinevate kohtade, aegade ja tingimuste objektide abil," lisas Zhu. "Asjaolu, et näeme, et gravitatsioon käitub samamoodi nii meie päikesesüsteemis kui ka kaugete tähtede süsteemides, kinnitab, et gravitatsioonikonstant on tegelikult universaalne." Huvitav on, et lähitulevikus saame veel ühe „suhtelisuse teooria laboratooriumi”, kui globaalne programm Event Horizon Telescope (EHT) hakkab saama suure täpsusega andmeid, võib-olla käesoleva aasta lõpuks.
EHT on hajutatud raadioantennide globaalne interferomeeter, mis salvestab andmeid meie galaktika keskel asuvast supermassivast mustast august, mida tuntakse kui Ambur A * (või Sgr A *). Astronoomid valmistavad esimest korda ette tugeva gravitatsiooni laboratooriumi uurimist, mis näitab kõige äärmuslikumat gravitatsioonikeskkonda, mis on seni teada, ja potentsiaalselt - avades füüsikat väljaspool üldist suhtelisuse teooriat.
On huvitav näha, kas G väärtus jääb konstantseks isegi Event Horizon'i serval ...
