Testowanie teorii wzgldności za pomocą pulsarów

Międzynarodowy zespół wykorzystując teleskopy na całym świecie, w tym radioteleskop Parkes — Murriyang, należący do CSIRO, aby przeprowadzić najtrudniejsze dotychczas testy ogólnej teorii względności Einsteina.

Zespół kierowany przez profesora Michaela Kramera z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Bonn w Niemczech wykazał, że teoria Einsteina opublikowana w 1915 została poraz kolejny potwierdzona.

Dr Dick Manchester, członek australijskiej krajowej agencji naukowej CSIRO i członek zespołu badawczego, wyjaśnił, w jaki sposób ten wynik zapewnia nam dokładniejsze zrozumienie naszego Wszechświata.

Teoria ogólnej teorii względności opisuje, jak grawitacja działa w dużych skalach we Wszechświecie, ale załamuje się w skali atomowej, w której króluje mechanika kwantowa – powiedział dr Manchester.

Musieliśmy znaleźć sposoby przetestowania teorii Einsteina na średnią skalę, aby sprawdzić, czy nadal jest prawdziwa. Na szczęście w 2003 r. za pomocą teleskopu Parkesa odnaleziono właściwe laboratorium kosmiczne, znane jako „podwójny pulsar”.

Nasze obserwacje podwójnego pulsara w ciągu ostatnich 16 lat okazały się zdumiewająco zgodne z ogólną teorią względności Einsteina, dokładnie w granicach 99,99 procent – powiedział.

System podwójnych pulsarów składa się z dwóch pulsarów, szybko wirujących gwiazd, które emitują fale radiowe jak kosmiczna latarnia morska i wytwarzają bardzo silne pola grawitacyjne.

Jedna gwiazda obraca się 44 razy na sekundę, a druga ma okres rotacji wynoszący 2,8 sekundy. Gwiazdy krążą wokół siebie i okrążają wspólną orbitę orbitę co 2,5 godziny.

Zgodnie z ogólną teorią względności ekstremalne przyspieszenia w układzie podwójnych pulsarów odkształcają czasoprzestrzeń i powodują powstawanie fal, które spowalniają układ.  A to doprowadzi do zderzenia pulsrów za 85 milionów lat.

Przy tak długiej skali czasowej tej utraty energii jej skutki są trudne do wykrycia. Na szczęście wirujące pulsary są doskonałym zegarem umożliwiającym śledzenie drobnych perturbacji.

Docent Adam Deller z Swinburne University i ARC Center of Excellence for Gravitational Waves (OzGrav), inny członek zespołu badawczego, wyjaśnił, że kolejne tyknięcia „zegarów” potrzebują około 2400 lat, aby dotrzeć do Ziemi.

W ciągu 16 lat naukowcy wyznaczyli dokładne czasy przybycia ponad 20 miliardów tych tyknięć. To wciąż nie wystarczyło, aby powiedzieć nam, jak daleko są gwiazdy, a to jest informacja niezbedna, aby przetestować ogólną teorię względności.

Dodając dane z Very Long Baseline Array – sieci teleskopów rozsianych po całym świecie – zespół badawczy był w stanie co roku dostrzec maleńkie chybotanie pozycji gwiazd, które ujawniało ich odległość od Ziemi.