Dzięki niezwykle precyzyjnym pomiarom pulsara obracającego się wokół orbity Białego Krasnala astronomowie odkryli, że stała grawitacyjna, która określa siłę grawitacji, jest „zachęcająco stała” w całym Wszechświecie.
Od dawna uważano, że stała grawitacyjna (lub po prostu „G”) jest taka sama w całym Wszechświecie, podobnie jak prędkość światła w próżni i stała Plancka są znane jako stałe uniwersalne. Ale jak możemy być tego pewni?
W przeszłości naukowcy odbijali lasery z Księżyca, aby określić jego odległość do Ziemi, zbliżając się do dokładnego pomiaru G. A teraz naukowcy, używając radioteleskopu Green Bank w Zachodniej Wirginii i obserwatorium Arecibo w Puerto Rico, zbadali szczegółowo Układ Słoneczny i ustalili stałe błyski promieniowania wytwarzany przez obracającą się gwiazdę neutronową lub pulsar, które są odległe o tysiące lat świetlnych.
Pulsary są kosmicznym zegarem naszego Wszechświata. Są to starożytne pozostałości wielkich gwiazd, które wygasły, przetrwały wybuch supernowej, a teraz składają się z bardzo gęstej, degradującej materii o średnicy mniejszej niż 32 km. Pulsary mają również potężne pola magnetyczne, które mogą generować skrajnie skolimowane promienie emisji radiowej. Za każdym razem, gdy pulsar się obraca, promienie polarne mogą być wysyłane na Ziemię i rejestrowane w formie pulsacji: tak jak błysk lampy błyskowej miga na odległość. Dla pomiaru czasu ta tętnienie jest bezwzględnie odniesieniem. Astronomowie obserwują te obiekty jako najdokładniejsze zegary czasowe we Wszechświecie, konkurując z najbardziej zaawansowanymi zegarami atomowymi, jakie posiadamy na Ziemi.
Teraz, badając jeden ze specjalnych pulsarów zwanych PSR J1713 + 0747, astronomowie dokonali najdokładniejszych pomiarów G poza układem słonecznym.
„Nadprzyrodzona stałość tych gwiezdnych pozostałości dostarczyła intrygujących dowodów, że podstawowa siła grawitacji,„ wielka G fizyki ”, pozostaje niezmieniona w przestrzeni kosmicznej, mówi astronom Weiwei Zhu, były pracownik University of British Columbia w Kanadzie, w komunikacie prasowym NRAO. „Ta obserwacja ma ważne implikacje dla kosmologii i niektórych podstawowych sił fizyki”.
Zhu jest głównym autorem nowego badania opublikowanego w Astrophysical Journal.
PSR J1713 + 0747 to idealne laboratorium do badania niektórych najbardziej podstawowych wartości przestrzeni, czasu i względności. Po pierwsze, ma unikalną szeroką orbitę wokół białego karła. Pulsar potrzebuje 68 dni na pełne okrążenie. Jest również niesamowicie jasny - jeden z najjaśniejszych znanych pulsarów. Jako podwójna gwiazda, system traci bardzo małą ilość energii poprzez fale grawitacyjne - zjawiska przewidywane przez ogólną teorię względności Einsteina.
Ich szeroka i stabilna orbita oznacza, że ta utrata energii, będąc niezwykle małą, ma niewielki wpływ na orbitę pulsara, co czyni go głównym celem każdej obserwacji grawitacji. (Przy bardziej zwartej orbicie, więcej energii byłoby zużywane, aby oddzielić się od systemu za pomocą fal grawitacyjnych, w pomiarach charakterystyki orbity pulsara powstałyby błędy). W ten sposób możemy teraz dokładnie zmierzyć grawitacyjny charakter tego systemu gwiezdnego. Dlaczego to ważne?
Układ podwójnej gwiazdy pulsara i białego karła znajduje się w odległości 3750 lat świetlnych od Ziemi, a wartość G uzyskana po 21 latach obserwacji radiowych niemal całkowicie pokrywa się z najdokładniejszymi pomiarami G uzyskanymi z naszego Układu Słonecznego. Tak więc wydaje się (przynajmniej w tym teście), że G jest stałe w całym znanym wszechświecie.
„Grawitacja to moc, która wiąże gwiazdy, planety i galaktyki razem” - powiedział astronom i współautor Scott Rhans z National Radio Astronomy Observatory (NRAO). „Chociaż wydaje się, że jest trwała na Ziemi, istnieją pewne teorie w kosmologii, w których zakłada się, że grawitacja może się zmienić w innym czasie lub w innych częściach Wszechświata”.
„Wyniki te, nowe i stare, pozwalają nam z pewnością wykluczyć prawdopodobieństwo istnienia„ specjalnych ”czasów lub miejsc o różnym zachowaniu grawitacyjnym” - powiedział astronom i współautor Ingrid Stairs, również z University of British Columbia w Kanadzie. „Teorie grawitacji, które różnią się od ogólnej teorii względności, często przewidują takie prognozy, i umieściliśmy nowe ramy na parametrach opisujących te teorie”.
„Stała grawitacyjna jest podstawową stałą fizyki, dlatego ważne jest, aby sprawdzić to ogólne założenie, używając obiektów w różnych miejscach, czasach i warunkach” - dodał Zhu. „Fakt, że widzimy, że grawitacja zachowuje się tak samo, zarówno w naszym układzie słonecznym, jak iw systemach odległych gwiazd, potwierdza, że stała grawitacyjna jest w rzeczywistości uniwersalna”. Co ciekawe, w niedalekiej przyszłości otrzymamy kolejne „laboratorium teorii względności”, kiedy globalny program Event Horizon Telescope (EHT) zacznie otrzymywać dane o wysokiej precyzji, być może do końca tego roku.
EHT to globalny interferometr rozproszonej anteny radiowej rejestrującej dane z supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki, znanej jako Strzelec A * (lub Sgr A *). Astronomowie przygotowują się po raz pierwszy do zbadania silnego laboratorium grawitacyjnego, które ujawnia najbardziej ekstremalne znane grawitacyjne środowisko i potencjalnie - otwierając fizykę poza ogólną teorią względności.
Ciekawe, czy wartość G pozostanie stała nawet na krawędzi Event Horizon ...
