Ena od napovedi v Einsteinovi splošni teoriji relativnosti je, da katero koli vrtljivo telo premika samo tkivo prostora-časa okoli sebe. Ta pojav je znan kot “vlečenje okvirja”.
V vsakdanjem življenju je vlečenje in spuščanje okvirjev nepomembno, saj je učinek neverjetno majhen. Za zaznavanje tega učinka, ki ga povzroča celotno vrtenje Zemlje, so potrebni sateliti, kot je “Gravitacijska sonda B” za 750 milijonov dolarjev, ki je zaznala kotne spremembe v žiroskopih, enakovredne eni stopinji vsakih 100.000 let.
Na našo srečo je v vesolju veliko laboratorijev naravne gravitacije, kjer lahko fiziki opazujejo Einsteinove napovedi v vsej svoji slavi.
Ukrivljenost prostora – časa. (Mark Myers / Center odličnosti OzGrav ARC)
Študija skupine znanstvenikov, objavljena v reviji Science, razkriva dokaze o vlečenju in spuščanju okvirjev v veliko vidnejšem merilu z uporabo radijskega teleskopa in edinstvenega para kompaktnih zvezd, ki krožijo med seboj z vrtoglavo hitrostjo.
Gibanje teh zvezd bi lahko zmedlo astronoma v Newtonovem času, saj se očitno gibljejo v ukrivljenem vesolju, zato je za razlago njihovih poti potrebna Einsteinova splošna teorija relativnosti.
Splošna relativnost je temelj sodobne teorije gravitacije. To pojasnjuje natančno gibanje zvezd, planetov in satelitov ter celo pretok časa. Ena izmed njenih manj znanih napovedi je, da se vrteča se telesa skupaj s seboj vlečejo prostor-čas. Hitreje kot se predmet vrti in bolj masiven je, bolj opazen je premik v prostoru-času.
Ena vrsta predmetov je beli škrat. To so ostanki mrtvih zvezd, ki so bile nekoč večkratne mase našega Sonca, vendar so izčrpale vodikovo gorivo.
Kar ostane, je po velikosti podobno Zemlji, vendar stotisočkrat večji. Beli palčki se lahko tudi zelo hitro vrtijo in vsako minuto ali dve opravijo popoln obrat, namesto 24 ur kot Zemlja.
Vlečenje, ki ga povzroča tako bel pritlikavec, bi bilo približno 100 milijonov krat močnejše od zemeljskega.
To je vse lepo in prav, vendar ne moremo leteti do belega škrata in okoli njega izstreliti satelitov. Na srečo je narava prijazna do astronomov in ima svoj način, da nam omogoča, da jih opazujemo skozi zvezde, ki krožijo, imenovane pulsarji.
Pred dvajsetimi leti je radioteleskop CSIRO Parkes odkril edinstven zvezdni par, sestavljen iz belega pritlikavca (velikosti Zemlje, vendar približno 300.000-krat težjega) in radijskega pulsarja (velikosti majhnega mesta, vendar 400.000-krat težjega od Zemlje).
V primerjavi z belimi pritlikavci so pulsarji praviloma na drugačni ravni. Niso narejeni iz navadnih atomov, temveč nevtroni, stisnjeni skupaj, zaradi česar so neverjetno gosti. Poleg tega se pulsar vrti 150-krat na minuto.
To pomeni, da 150-krat na minuto “svetlobni žarek” radijskih valov, ki jih oddaja ta pulsar, pelje mimo našega razglednega mesta tukaj na Zemlji. To lahko uporabimo za načrtovanje poti pulsarja, ko se vrti okoli belega škrata, glede na čas, ko njegov impulz doseže naš teleskop in poznavanje svetlobne hitrosti. Ta metoda je pokazala, da dve zvezdi krožita med seboj v manj kot 5 urah.
Ta par, uradno imenovan PSR J1141-6545, je idealen gravitacijski laboratorij. Od leta 2001 so znanstveniki večkrat letno potovali v CSIRO Parkes, da bi preslikali orbito tega sistema, ki kaže številne Einsteinove gravitacijske učinke.
Čeprav je PSR J1141-6545 oddaljen nekaj sto kvadrilijonov kilometrov (kvadrilion – milijon milijard), vemo, da se pulsar vrti 2,5387230404 krat na sekundo in da je njegova orbita v ravnovesju.
To pomeni, da ravnina njegove orbite ni fiksna, ampak se počasi vrti.
Kako je nastal ta sistem?
Ko se pojavijo pari zvezd, najprej umre najmasivnejša, ki pogosto ustvari belega škrata. Preden druga zvezda umre, snov prenese na svojega spremljevalca.
Beli škrat, ki se vrti, medtem ko absorbira snov iz svojega spremljevalca. (Center odličnosti ARC za odkrivanje gravitacijskih valov)
Ko ta material pade proti belemu palčku, se tvori disk, ki belega palčka pospešuje na desettisoče let.
V redkih primerih, kot je ta, lahko druga zvezda eksplodira v supernovo in za seboj pusti pulsar. Hitro vrteči se bel pritlikavec s seboj vleče prostor-čas, zaradi česar se orbitalna ravnina pulsarja nagne. Ta nagib je tisto, kar smo opazili pri preslikavi pulsarjeve orbite.
Tudi sam Einstein je menil, da mnogih njegovih napovedi o prostoru in času ne bodo nikoli odkrili. Toda v zadnjih nekaj letih je prišlo do revolucije v ekstremni astrofiziki, vključno z odkrivanjem gravitacijskih valov in slik črne luknje z uporabo svetovne mreže teleskopov.
Matthew Bailes, raziskovalni sodelavec ARC, Univerza za tehnologijo Swinburne, raziskovalni sodelavec Inštituta Max Planck.
Ta članek je objavil The Conversation.
Viri: Foto: Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence / Tehnična univerza Swinburne
