Фізики підтвердили ідею Ейнштейна про гравітації. Знову

Опубликованно 19.06.2020 16:14

Нова робота робить стару ідею ще більш стрункою: тяжкі і легкі об'єкти падають з однаковою швидкістю. Ейнштейн був не першим, хто усвідомив це; є оспорювані розповіді про Галілео Галілею, демонструє принцип,коли він скинув вагу з Пізанської вежі в XVI столітті. І припущення про цієї ідеї з'являються в роботах філософа XII століття Абула-Бараката аль-Багдаді. Ця концепція в кінцевому підсумку проникла в модель фізики Ісаака Ньютона, а потім в теорію загальної теорії відносності Ейнштейна як гравітаційний "принцип еквівалентності сил гравітації та інерції" (ПЭСГ). Цей новий експеримент демонструє істинність ПЭСГ з використанням падаючої нейтронної зірки з більшою точністю, ніж коли-небудь.

ПЭСГ, здавалося, була правдою довгий час. Можливо, ви бачили це відео про те, як астронавти Аполлона скидають перо і молот у вакуумі Місяця, показуючи, що вони падають з однаковою швидкістю в місячної гравітації.

Але невеликі тести у відносно слабких гравітаційних полях Землі, Місяця або Сонця насправді не дають зрозуміти ПЭСГ, вважає Шарон Морсинк, астрофізик з Університету Альберти в Канаді, який не брав участь у нове дослідження.

"На певному рівні більшість фізиків вважають, що теорія гравітації Ейнштейна, яка називається загальною теорією відносності, є правильною. Однак ця віра заснована головним чином на спостереженнях явищ, що відбуваються в областях простору зі слабкою гравітацією, в той час як теорія гравітації Ейнштейна призначене для пояснення явищ, що відбуваються поблизу дійсно сильних гравітаційних полів", - сказав Морсинк. "Нейтронні зірки і чорні діри - це об'єкти, що мають найбільш сильними з відомих гравітаційних полів, тому будь-тест тяжкості, в якому беруть участь ці об'єкти, дійсно перевіряє серце теорії гравітації Ейнштейна.

Нейтронні зірки - це згорнуті ядра мертвих зірок. Надщільні, але недостатньо щільні для утворення чорних дірок, вони можуть збирати маси, більші, ніж у нашого Сонця, вихрові сфери шириною всього кілька кілометрів.

Дослідники зосередилися на типі нейтронної зірки, званої пульсаром, яка, з точки зору Землі, здається, блимає при обертанні. Це миготіння є результатом яскравого плями на поверхні зірки, що обертається усередині і поза полем зору, 366 разів в секунду. Це обертання досить регулярно, щоб не відставати від часу.

Цей пульсар, відомий як J0337 + 1715, особливий навіть серед пульсарів: він замкнений на вузькій подвійний орбіті з білої карликовою зіркою. Дві зірки обертаються навколо один одного, коли вони оточують третю зірку, також білого карлика, точно так само, як Земля і Місяць роблять, коли вони обертаються навколо Сонця.

Точний хронометраж J0337 + 1715 в поєднанні з його ставленням до цих двох гравітаційним полями, створеним двома зірками білих карликів, дає астрономам унікальну можливість перевірити цей принцип.

Пульсар набагато важче двох інших зірок у системі. Але пульсар все ще трохи падає до кожного з них, коли вони падають до більшої масі пульсара. (Те ж саме відбувається з вами і Землею. Коли ви стрибаєте, ви дуже швидко падаєте на планеті. Але планета теж падає до вас - дуже повільно, з-за вашої власної низької гравітації, але з тією ж швидкістю, що і перо або молот, якщо б ви ігнорували опір повітря.) А оскільки J0337 + 1715 є таким точним хронометристом, астрономи на Землі можуть відстежувати, як гравітаційні поля двох зірок впливають на період пульсара.

Для цього астрономи ретельно розраховували час прибуття світла від J0337 + 1715, використовуючи великі радіотелескопи, зокрема радиообсерваторию Нанчай у Франції. Коли зірка рухалася навколо кожного з своїх сусідів - одного з швидкого маленької орбіті, а інший з більш довгою, більш повільної орбіті - пульсар ставав все ближче і далі від Землі. По мірі віддалення нейтронної зірки від Землі світло від її імпульсів повинен був долати великі відстані, щоб досягти телескопа. Так що, в деякій мірі, проміжки між імпульсами, здавалося, ставали довшими.

Коли пульсар повернув назад до Землі, проміжки між імпульсами стали коротшими. Це дозволило фізикам побудувати надійну модель руху нейтронної зірки в просторі, точно пояснивши, як вона взаємодіє з гравітаційними полями своїх сусідів. Їх робота побудована на методиці, використаної в попередній статті, опублікованій в журналі Nature в 2018 році, для вивчення тієї ж системи.

Нова стаття, опублікована 10 червня в журналі Astronomy and Astrophysics, показала, що об'єкти в цій системі вели себе так, як передбачає теорія Ейнштейна, або, принаймні, не відрізнялися від прогнозів Ейнштейна більш ніж на 1,8 частини на мільйон. Це абсолютний межа точності аналізу даних їх телескопа. Вони повідомили про 95% впевненості у своїх висновках.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що правоту Ейнштейна підтвердили на чорних дірах.

Хочете знати важливі та актуальні новини раніше за всіх? Підписуйтесь на Bigmir)net на Facebook і Telegram.

Категория: Технологии