Observationer av en ovanlig familj av stjärnor, som är hem för en pulsar och två vita dvärgar, hjälpte forskare att bevisa att tyngdkraften bromsar tidsflödet och böjer rymden exakt som förutses av Einsteins relativitetsteori.
”Vi ställde frågan 'Hur faller tyngdkraften?' Det kan låta konstigt för den oinformerade allmänheten, men ur Einsteins synvinkel är både massa och energi en och samma sak. Om ekvivalensprincipen bryts, kommer ackumuleringarna av energi omgiven av ett kraftfullt gravitationsfält att påskyndas under hösten på ett helt annat sätt än en liknande massa energi utanför den, säger Anne Archibald från University of Amsterdam (Nederländerna).
Archibald och hennes kollegor talade på den årliga konferensen för American Astronomical Society i Washington förra veckan. De talade om hur de lyckades använda observationer av det unika stjärnsystemet J0337 + 1715 i stjärnbilden Oxen för det tuffaste och mest exakta testet av den så kallade likvärdighetsprincipen - en av grunden till Einsteins allmänna relativitetsteori.
Denna princip, i dess mest allmänna och förenklade form, säger att ljuspartiklar med olika våglängder som avges av ett avlägset föremål i rymden måste anlända till jorden samtidigt, även om de har passerat genom kraftfulla tyngdfält. Andra objekt i den synliga världen bör bete sig på liknande sätt, börja med bollar och fluff i Galileos experiment och slutar med klumpar av energi.
Ekvivalensprincipen har redan testats upprepade gånger både på jorden och i omloppsbana med hjälp av American Gravity Probe A-sond, den ryska Radioastron och ett par europeiska Galileo-satelliter. Å andra sidan är forskare ännu inte helt säkra på om det observeras i de mest extrema hörnen av rymden - i "familjer" av neutronstjärnor eller i närheten av svarta hål.
Archibald och hennes kollegor genomförde det första sådana testet genom att observera ett slags gravitationella "matryoshka", ett system med tre "döda stjärnor" - en pulsar och två vita dvärgar.
En av de vita dvärgarna och pulsaren kretsar runt varandra på så litet avstånd att de genererar ännu osynliga för oss, men tillräckligt kraftfulla gravitationsvågor. Situationen kompliceras ytterligare av att den andra vita dvärgen rör sig runt de två första stjärnorna och med jämna mellanrum döljer deras ljus.
Detta arrangemang av detta stjärnsystem gjorde det möjligt för forskare att kontrollera om Einstein hade rätt. Faktum är att om likvärdighetsprincipen inte observerades och föremål med ett kraftfullare gravitationsfält "föll" snabbare än deras grannar, så skulle pulsars bana krökas på ett visst sätt, sträcka sig mot en mer avlägsen vit dvärg och röra sig i en cirkel med den …
Kampanjvideo:
Dessa krökningar kunde i sin tur märkas av hur starkt pulsarsignalerna försenas vid olika tidpunkter, när de förmodligen är belägna på olika punkter i dess långsträckta bana. Vägledd av denna idé observerade forskare J0337 + 1715 med hjälp av det amerikanska GBT-radioteleskopet och det Gemini optiska teleskopet på Hawaii.
Som dessa observationer visade, nådde signalerna från pulsaren jorden med ungefär lika stora tidsintervall, vilket bekräftade Einsteins teori med en fortfarande rekordhög mätnoggrannhet och överskred tidigare poster med 50-100 gånger.
Ett liknande resultat, som astronomer noterar, tillåter återigen inte fysiker att förstå hur motsägelserna mellan relativitetsteorin och kvantefysik kan elimineras, vilket är nödvändigt för att förklara vad som händer i svarta hål och förstå hur universum kommer att utvecklas i framtiden.
