Международная команда астрономов использовала телескопы со всего мира для проведения самых строгих на сегодняшний день испытаний общей теории относительности. Исследования длились 16 лет, и, как выяснилось, предсказания Альберта Эйнштейна, опубликованные в 1915 году, остаются в силе.
Доктор Дик Манчестер, сотрудник Австралийского национального научного агентства CSIRO и член исследовательской группы, объясняет, как этот результат позволяет глубже понять нашу Вселенную.
Общая теория относительности описывает, как гравитация работает в больших масштабах. Но теория не работает в атомном масштабе, где царит квантовая механика, - говорит доктор Манчестер.
Нам нужно было найти способ проверить теорию Эйнштейна в промежуточном масштабе, чтобы убедиться, что она верна. В 2003 году с помощью телескопа «Паркс» была найдена подходящая «космическая лаборатория» - пара пульсаров. Наблюдения за последние 16 лет удивительно согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна, если быть точным, на 99,99%, - говорит доктор Манчестер.
Открытие было сделано группой под руководством профессора Михаэля Крамера из Радиоастрономического института им. Макса Планка в Бонне, Германия. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X (DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.041050).
16 лет наблюдений
Наблюдаемая исследователями системы PSR J0737-3039A/B состоит из двух пульсаров, быстро вращающихся нейтронных звезд, которые излучают радиоволны, как космические маяки, и создают очень сильное гравитационное поле.
Импульс этих звезд или их радиоволны чрезвычайно точно синхронизированы, а это означает, что для нас пульсары, пожалуй, самые полезные звезды во Вселенной. Их можно использовать для навигации, зондирования межзвездной среды и изучения гравитации.
Обнаруженная в 2003 году система PSR J0737-3039A/B, расположенная примерно на расстоянии 2400 световых лет от нас, является единственным двойным пульсаром, идентифицированным на сегодняшний день. Его открытие дало возможность провести тщательные исследования общей теории относительности, которые длились в общей сложности 16 лет с использованием семи мощных телескопов, расположенных по всему миру.
Пара пульсаров
Оба пульсара очень близки друг к другу. Они обращаются вокруг общего центра масс каждые 147 минут. Но поскольку эти объекты настолько плотные, их гравитационные поля очень сильны, а это означает, что они могут влиять на время и угол импульсов лучей электромагнитного излучения друг друга.
Анализ излучения, испускаемого одним из пульсаров в экстремальном гравитационном поле другого пульсара, показал, что фотоны радиоволн были замедлены. Сильное искривление пространства-времени также искривляло путь фотонов на 0,04 градуса.
Мы отслеживали распространение радиоволновых фотонов от космического маяка или пульсара и их движение в сильном гравитационном поле сопутствующего объекта, - говорит астрофизик Ингрид Стэйрс из Университета Британской Колумбии в Канаде. - Мы впервые наблюдаем, как свет замедляется не только из-за сильной кривизны пространства-времени вокруг объекта, но и отклоняется на 0,04 градуса. Никогда прежде подобный эксперимент не проводился с такой большой кривизной пространства-времени, - добавляет он.
Всего ученые провели семь тестов общей теории относительности. Они также изучили, как меняется ориентация орбиты двойной системы и как пульсары влияют на пространство-время вокруг них при их вращении.
Помимо гравитационных волн и распространения света, мы также измерили эффект замедления времени, который заставляет часы работать медленнее в сильном гравитационном поле, - объясняет Манчестер. - При рассмотрении влияния электромагнитного излучения, испускаемого быстро вращающимся пульсаром, на орбитальное движение, мы должны были принять во внимание знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc2. Это излучение соответствует потере 8 миллионов тонн массы в секунду. Может показаться, что это много, но это всего лишь крошечная доля - три части из тысячи миллиардов миллиардов общей массы пульсара», - добавляет он.
В поисках дыр в теории Эйнштейна
Результаты присоединяются к растущему количеству точных измерений релятивистских эффектов, которые пока согласуются с предсказаниями Эйнштейна. В следующие несколько лет, с появлением новых, более мощных телескопов, мы, вероятно, увидим еще более точные тесты гравитации в общей теории относительности, поскольку ученые будут продолжать искать в ней пробелы.
Общая теория относительности несовместима с другими фундаментальными силами, описываемыми квантовой механикой. Поэтому важно продолжить самые строгие проверки общей теории относительности, чтобы выяснить, как и когда эта теория рушится, - объясняет астрофизик Роберт Фердман из Университета Восточной Англии в Великобритании. - Обнаружение любого отклонения от общей теории относительности было бы крупным открытием, которое откроет окно в новую физику, выходящую за рамки нашего нынешнего теоретического понимания Вселенной. И это может помочь нам наконец открыть теорию, объединяющую все основные силы природы, - подчеркивает он.
Источник: Университет Восточной Англии; PHYSICAL REVIEW X; science
