Правота Ейнштейна: пульсари кинули виклик загальній теорії відносності

Загальна теорія відносності витримала, мабуть, найскладніший на сьогодні виклик. Теорія, яку Альберт Ейнштейн опублікував ще 1916 року, здійснила революцію у нашому розумінні фізики та космосу. Вона пояснює гравітацію не як силу, а як наслідок гнучкості простору-часу: масивні об’єкти спотворюють простір-час, створюючи «впадини», навколо яких обертаються тіла з меншою масою.

PSR J0737-3039
Система подвійного пульсара PSR J0737-3039 в уявленні художника

Вчені неодноразово перевіряли загальну теорію відносності впродовж останніх 105 років, намагаючись знайти ситуації чи обставини, за яких вона зазнає невдачі. Досі вона жодного разу не була спростована.

У новому дослідженні вчені повідомляють про результати одного з найамбітніших і складних викликів загальної теорії відносності, які коли-небудь робилися. Для цього був проведений один із найтриваліших експериментів. Астрономи проаналізували спостереження системи подвійних пульсарів PSR J0737-3039, що проводились сімома різними радіотелескопами по всьому світу з 2003 по 2019 рік. Результати дослідження опублікував науковий журнал Physical Review X.

PSR J0737-3039
Пульсари PSR J0737-3039 зображення викривлення простору навколо них

Теорія відносності передбачає, що будь-який масивний об’єкт, що обертається, «закручує» простір навколо себе. Це явище вчені називають ефектом Лензе Тіррінга.

Перевірка теорії відносності

Пара пульсарів, за якими проводилися спостереження, розташована за 2400 світлових років від Землі. Один з них обертається 44 рази на секунду, а інший здійснює оберт кожні 2,8 секунди. За словами дослідників, два об’єкти обертаються навколо загального центра мас кожні 147 хвилин, кожен із них рухається у космосі зі швидкістю приблизно 1 млн км/год.

Відстань між пульсарами системи PSR J0737-3039 настільки мала, що їхні гравітаційні поля впливають на частоту випромінювання та інші властивості. Цим і скористалися вчені, щоб перевірити прогнози загальної теорії відносності. Впродовж 16 років вони спостерігали спалахи PSR J0737-3039. За цей час їм вдалося виміряти відстань пульсарів, визначити їхні маси та дізнатися інші властивості.

Ці виміри підтвердили «хитання» осей обертання та орбіт пульсарів, а також вперше вказали на те, що швидкість і траєкторія руху частинок світла, що огинають нейтронні зорі, дійсно змінюється через ефект Лензе Тіррінга. Завдяки цьому вчені максимально точно визначили швидкість обертання пульсарів.

«Швидкий орбітальний рух таких компактних об’єктів (вони майже на 30% масивніші за Сонце, але лише приблизно 24 км у діаметрі) дозволило перевірити та підтвердити безліч різних передбачень загальної теорії відносності. Нам вперше вдалося побачити, що викривлення простору-часу під дією сильних гравітаційних полів не тільки уповільнює світло, а й викривляє його, змушуючи відхилятися від колишньої траєкторії на 0,04°. Раніше астрономам не вдавалося простежити за поведінкою світла за таких умов», пояснив співавтор дослідження Дік Манчестер з Організації наукових та промислових досліджень Співдружності (CSIRO) національної наукової агенції Австралії.

Нагадаємо, як NICER склав першу карту поверхні пульсара.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтесь: https://t.me/ustmagazine