jedną z prognoz ogólnej teorii względności Einsteina jest to, że każde wirujące ciało ciągnie samą tkankę czasoprzestrzeni w swoim sąsiedztwie. Jest to znane jako”przeciąganie klatek”.
w życiu codziennym przeciąganie klatek jest zarówno niewykrywalne, jak i nieistotne, ponieważ efekt jest tak śmiesznie mały. Wykrywanie przeciągania klatek spowodowanego przez obrót całej Ziemi wymaga satelitów takich jak sonda grawitacyjna B o wartości 750 milionów dolarów oraz wykrywania zmian kątowych w żyroskopach odpowiadających tylko jednemu stopniowi co około 100 000 lat.
na szczęście dla nas, Wszechświat zawiera wiele naturalnie występujących laboratoriów grawitacyjnych, w których fizycy mogą obserwować przewidywania Einsteina w pracy w najdrobniejszych szczegółach. Badania naszego zespołu, opublikowane dziś w Science, ujawniają dowody na przeciąganie klatek na znacznie bardziej zauważalną skalę, za pomocą radioteleskopu i unikalnej pary kompaktowych gwiazd wirujących wokół siebie z zawrotną prędkością.
ruch tych gwiazd wprawiłby astronomów w zakłopotanie w czasach Newtona, ponieważ wyraźnie poruszają się w wypaczonej czasoprzestrzeni i wymagają ogólnej teorii względności Einsteina, aby wyjaśnić ich trajektorie.
ogólna teoria względności jest podstawą współczesnej teorii grawitacji. Wyjaśnia precyzyjny ruch gwiazd, planet i satelitów, a nawet przepływ czasu. Jednym z jego mniej znanych przewidywań jest to, że wirujące ciała ciągną czasoprzestrzeń razem z nimi. Im szybciej obiekt obraca się i IM jest bardziej masywny, tym silniejszy jest opór.
jeden z typów obiektów, dla których jest to bardzo istotne, nazywa się białym karłem. Są to resztki rdzeni z martwych gwiazd, które kiedyś były kilka razy masywniejsze od naszego Słońca, ale od tego czasu wyczerpały swoje paliwo wodorowe. To, co pozostaje jest podobne wielkości do ziemi, ale setki tysięcy razy bardziej masywne. Białe karły mogą również obracać się bardzo szybko, obracając się co minutę lub dwie, a nie co 24 godziny, jak robi to Ziemia.
przeciąganie klatek spowodowane przez takiego białego karła byłoby około 100 milionów razy potężniejsze niż ziemskie.
to wszystko jest dobrze i dobrze, ale nie możemy latać do białego karła i wystrzeliwać wokół niego satelitów. Na szczęście jednak przyroda jest życzliwa dla astronomów i ma swój własny sposób na ich Obserwację, Poprzez orbitujące wokół gwiazdy zwane pulsarami.
dwadzieścia lat temu radioteleskop Parkes z CSIRO odkrył wyjątkową parę gwiazd składającą się z białego karła (wielkości Ziemi, ale około 300 000 razy cięższego) i pulsara radiowego (wielkości miasta, ale 400 000 razy cięższego).
w porównaniu z białymi krasnoludkami pulsary są w zupełnie innej lidze. Nie są one zbudowane z konwencjonalnych atomów, ale z neutronów upakowanych ściśle ze sobą, co czyni je niewiarygodnie gęstymi. Co więcej, Pulsar w naszym badaniu obraca się 150 razy na minutę.
oznacza to, że 150 razy na minutę „promień latarni” fal radiowych emitowanych przez ten pulsar przelatuje obok naszego punktu widokowego na Ziemi. Możemy użyć tego do mapowania drogi pulsara, gdy okrąża białego karła, przez czas, kiedy jego puls dotrze do naszego teleskopu i znając prędkość światła. Metoda ta wykazała, że obie gwiazdy obiegają się w czasie krótszym niż 5 godzin.
Ta para, oficjalnie nazwana PSR J1141-6545, jest idealnym laboratorium grawitacyjnym. Od 2001 roku kilka razy w roku przemierzamy Parkes w celu mapowania orbity tego układu, która wykazuje wiele Einsteinów oddziaływań grawitacyjnych.
mapowanie ewolucji Orbit nie jest dla niecierpliwych, ale nasze pomiary są absurdalnie precyzyjne. Chociaż PSR J1141-6545 znajduje się w odległości kilkuset kwadrylionów kilometrów (kwadrylion to milion miliardów), wiemy, że pulsar obraca się 2,5387230404 razy na sekundę, a jego orbita oscyluje w przestrzeni. Oznacza to, że płaszczyzna jego orbity nie jest stała, lecz powoli się obraca.
Jak powstał ten system?
kiedy rodzą się pary gwiazd, najbardziej masywna z nich umiera pierwsza, często tworząc białego karła. Zanim druga gwiazda umrze, przekazuje materię swojemu białemu towarzyszowi karłowatemu. Dysk tworzy się, gdy materiał ten spada w kierunku białego karła i w ciągu dziesiątek tysięcy lat obraca się w górę białego karła, aż obraca się co kilka minut.
w rzadkich przypadkach, takich jak ten, druga gwiazda może wybuchnąć w supernowej, pozostawiając pulsar. Szybko wirujący biały karzeł ciągnie czasoprzestrzeń, przez co płaszczyzna orbitalna pulsara przechyla się, gdy jest przeciągany. To przechylenie zaobserwowaliśmy, mapując orbitę pulsara.
Sam Einstein uważał, że wiele z jego przewidywań dotyczących przestrzeni i czasu nigdy nie będzie możliwe do zaobserwowania. Ale w ciągu ostatnich kilku lat nastąpiła rewolucja w ekstremalnej astrofizyce, w tym odkrycie fal grawitacyjnych i obrazowanie cienia czarnej dziury za pomocą ogólnoświatowej sieci teleskopów. Odkrycia te zostały dokonane przez miliardowe zakłady.
na szczęście nadal istnieje rola w badaniu ogólnej teorii względności dla 50-letnich radioteleskopów, takich jak ten w Parkes, i dla cierpliwych kampanii przez pokolenia absolwentów.