en af forudsigelserne i Einsteins generelle relativitetsteori er, at enhver spindelegeme trækker selve stoffet i rumtiden i dens nærhed rundt med det. Dette er kendt som”ramme-trækker”.
i hverdagen er rammetrækning både uopdagelig og ubetydelig, da effekten er så latterligt lille. Detektering af rammetrækningen forårsaget af hele jordens spin kræver satellitter som US$750 millioner Gravity Probe B og påvisning af vinkelændringer i gyroskoper svarende til kun en grad hvert 100.000 år eller deromkring.
heldigvis for os indeholder universet mange naturligt forekommende gravitationslaboratorier, hvor fysikere kan observere Einsteins forudsigelser på arbejdspladsen i udsøgte detaljer. Vores teams forskning, offentliggjort i dag i Science, afslører tegn på rammetrækning i en meget mere mærkbar skala ved hjælp af et radioteleskop og et unikt par kompakte stjerner, der suser rundt om hinanden i svimlende hastigheder.bevægelsen af disse stjerner ville have forvirret astronomer på Nytons tid, da de tydeligt bevæger sig i en skæv rumtid og kræver Einsteins generelle relativitetsteori for at forklare deres baner.
generel relativitet er grundlaget for moderne gravitationsteori. Det forklarer den præcise bevægelse af stjerner, planeter og satellitter, og selv strømmen af tid. En af dens mindre kendte forudsigelser er, at roterende kroppe trækker rumtid rundt med dem. Jo hurtigere et objekt spinder, og jo mere massivt det er, jo kraftigere træk.
en type objekt, som dette er meget relevant for, kaldes en hvid dværg. Dette er de resterende kerner fra døde stjerner, der engang var flere gange massen af vores sol, men siden har opbrugt deres brintbrændstof. Hvad der er tilbage er ens i størrelse til Jorden, men hundreder af tusinder af gange mere massiv. Hvide dværge kan også dreje meget hurtigt og rotere hvert minut eller to, snarere end hver 24.time som Jorden gør.
rammetrækningen forårsaget af en sådan hvid dværg ville være omtrent 100 millioner gange så kraftig som Jordens.
det er alt sammen godt, men vi kan ikke flyve til en hvid dværg og lancere satellitter omkring den. Heldigvis er naturen dog venlig over for astronomer og har sin egen måde at lade os observere dem via kredsende stjerner kaldet pulsarer.for tyve år siden opdagede csiros Parkes radioteleskop et unikt stjernepar bestående af en hvid dværg (omtrent på størrelse med jorden, men omkring 300.000 gange tungere) og en radiopulsar (bare på størrelse med en by, men 400.000 gange tungere).
sammenlignet med hvide dværge er pulsarer i en anden liga helt. De er ikke lavet af konventionelle atomer, men af neutroner pakket tæt sammen, hvilket gør dem utroligt tætte. Hvad mere er, pulsaren i vores undersøgelse spinder 150 gange hvert minut.
dette betyder, at 150 gange hvert minut fejer en “fyrstråle” af radiobølger, der udsendes af denne pulsar, forbi vores udsigtspunkt her på jorden. Vi kan bruge dette til at kortlægge pulsarens sti, når den kredser om den hvide dværg, ved at timing, når dens puls ankommer til vores teleskop og kende lysets hastighed. Denne metode afslørede, at de to stjerner kredser om hinanden på mindre end 5 timer.
dette par, officielt kaldet PSR J1141-6545, er et ideelt gravitationslaboratorium. Siden 2001 har vi trekket til Parkes flere gange om året for at kortlægge dette systems bane, som udviser en lang række Einsteinian gravitationseffekter.
kortlægning af udviklingen af baner er ikke for utålmodige, men vores målinger er latterligt præcise. Selvom PSR J1141 – 6545 er flere hundrede kvadrillion kilometer væk (en kvadrillion er en million milliarder), ved vi, at pulsaren roterer 2.5387230404 gange i sekundet, og at dens bane tumler i rummet. Dette betyder, at planet for dets kredsløb ikke er fast, men i stedet roterer langsomt.
hvordan dannede dette system?
når par af stjerner fødes, dør den mest massive først og skaber ofte en hvid dværg. Før den anden stjerne dør, overfører den sagen til sin hvide dværgkammerat. En disk dannes, når dette materiale falder mod den hvide dværg, og i løbet af titusinder af år drejer det den hvide dværg op, indtil den roterer hvert par minutter.
i sjældne tilfælde som denne kan den anden stjerne derefter detonere i en supernova og efterlade en pulsar. Den hurtigt roterende hvide dværg trækker rumtiden rundt med den, hvilket får pulsarens orbitalplan til at vippe, når den trækkes sammen. Denne hældning er, hvad vi observerede gennem vores patientkortlægning af pulsarens bane.Einstein selv troede, at mange af hans forudsigelser om rum og tid aldrig ville være observerbare. Men de sidste par år har der været en revolution i ekstrem astrofysik, herunder opdagelsen af gravitationsbølger og billeddannelsen af en sort hulskygge med et verdensomspændende netværk af teleskoper. Disse opdagelser blev lavet af milliard dollar faciliteter.
heldigvis er der stadig en rolle i at udforske generel relativitet for 50-årige radioteleskoper som den på Parkes og for patientkampagner af generationer af kandidatstuderende.