Η θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν έχει περάσει την πιο σκληρή μέχρι τώρα δοκιμασία, αναφέρει μια νέα μελέτη που εξέτασε την αρχή της ισοδυναμίας κάτω από ακραίες συνθήκες: σε ένα σύστημα που αποτελείται από δύο υπερβολικά αστρικά πτώματα γνωστά ως λευκοί νάνοι και ένα ακόμη πιο πυκνό αστέρι νετρονίων έδειξε ότι η αρχή της ισοδυναμίας κάνει διάνα στις προβλέψεις της.
Τα μεγάλα αντικείμενα, όπως οι γαλαξίες στρεβλώνουν τον χωρόχρονο σύμφωνα με τη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν
Η γενική σχετικότητα, την οποία πρότεινε ο μεγάλος φυσικός το 1916, θεωρεί ότι η βαρύτητα είναι συνέπεια της εγγενούς κύρτωσης του χωροχρόνου: Τα μεγάλα αντικείμενα στρεβλώνουν τον κοσμικό ιστό, δημιουργώντας ένα είδος τούνελ γύρω από το οποίο στρέφονται άλλα σώματα.
Όπως όλες οι επιστημονικές θεωρίες, η γενική σχετικότητα κάνει προβλέψεις που μπορούν να δοκιμαστούν. Μία από τις πιο σημαντικές είναι η “αρχή της ισοδυναμίας” – η αντίληψη ότι όλα τα αντικείμενα πέφτουν με τον ίδιο τρόπο, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλα είναι ή από τι είναι κατασκευασμένα.
Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν την αρχή της ισοδυναμίας πολλές φορές στη Γη – και μία φημισμένη απόδειξη στο φεγγάρι. Το 1971, ο αστροναύτης του Απόλλων David Scott έριξε ταυτόχρονα ένα φτερό και ένα σφυρί. Και τα δύο έπεσαν ταυτόχρονα στην γκρίζα σεληνιακή επιφάνεια. Στη γη, φυσικά, το φτερό θα έπεφτε στο έδαφος πολύ αργότερα από το σφυρί, αφού αντιστέκεται η ατμόσφαιρά μας.)
Αλλά είναι δύσκολο να γνωρίζουμε εάν ισχύει η αρχή της ισοδυναμίας σε όλες τις περιπτώσεις – όταν τα αντικείμενα που εμπλέκονται είναι, για παράδειγμα, απίστευτα πυκνά ή μεγάλης μάζας. Αυτή η περιοχή έχει δώσει ελπίδα στους υποστηρικτές ορισμένων εναλλακτικών θεωριών βαρύτητας, παρόλο που είναι μια μειονότητα .
Η νέα μελέτη θα μπορούσε να τους απογοητεύσει. Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων εξέτασε την αρχή της ισοδυναμίας κάτω από ακραίες συνθήκες: ένα σύστημα που αποτελείται από δύο υπερβολικά αστρικά πτώματα γνωστά ως λευκοί νάνοι και ένα ακόμη πιο πυκνό αστέρι νετρονίων.
Το αστέρι νετρονίων είναι ένας τύπος που περιστρέφεται πολύ γρήγορα γνωστό ως πάλσαρ . Αυτά τα εξωτικά αντικείμενα ονομάζονται έτσι επειδή φαίνονται να εκπέμπουν ακτινοβολία σε κανονικούς παλμούς. Είναι απλά ένα φαινόμενο όπως το παρατηρεί κάποιος στη Γη, εντούτοις. τα πάλσαρ εκπέμπουν ακτινοβολία συνεχώς, από τους πόλους τους, αλλά τα όργανα των αστρονόμων παίρνουν αυτές τις δέσμες μόνο όταν κατευθύνονται προς τη Γη. Και επειδή τα πάλσαρ περιστρέφονται, μπορούν να κατευθύνουν τους πόλους τους προς τη Γη σε τακτά χρονικά διαστήματα.
Το εν λόγω σύστημα, γνωστό ως PSR J0337 + 1715, βρίσκεται 4.200 έτη φωτός από τη Γη, προς την κατεύθυνση του αστερισμού του Ταύρου. Το πάλσαρ που στρέφεται 366 φορές ανά δευτερόλεπτο, περιστρέφεται αμοιβαία γύρω από έναν από τους λευκούς νάνους. το ζεύγος αυτό στρέφεται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας κάθε 1.6 ημέρες της Γης. Αυτό το δίδυμο τώρα είναι σε τροχιά με περίοδο 327 ημερών γύρω από τον άλλο δεύτερο λευκό νάνο, που βρίσκεται πολύ πιο μακριά.
Το πάλσαρ έχει 1,4 φορές τη μάζα του ήλιου σε μια σφαίρα μεγέθους μιας πόλης, ενώ ο εσωτερικός λευκός νάνος έχει μάζα μόνο 0,2 ηλιακές μάζες και είναι περίπου στο μέγεθος της Γης. Επομένως, είναι πολύ διαφορετικά αντικείμενα – αλλά πρέπει να έλκονται από τον εξωτερικό λευκό νάνο με τον ίδιο τρόπο αν η αρχή της ισοδυναμίας κάνει διάνα στις προβλέψεις της.
Οι ερευνητές παρακολούθησαν τις κινήσεις του πάλσαρ παρακολουθώντας τις εκπομπές ραδιοκυμάτων. Η παρακολούθηση κράτησε έξι χρόνια, χρησιμοποιώντας το Ραδιοτηλεσκόπλοο Westerbrok Synthesis στην Ολλανδία, το Τηλεσκόπιο Green Bank στη Δυτική Βιρτζίνια και το Παρατηρητήριο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο.
“Μπορούμε να υπολογίσουμε για κάθε παλμό του άστρου νετρονίων από τότε που ξεκινήσαμε τις παρατηρήσεις μας”, δήλωσε σε δήλωσή του η αρχηγός της μελέτης Anne Archibald, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ και το Ολλανδικό Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας. “Και μπορούμε να πούμε τη θέση του σε μερικές εκατοντάδες μέτρα. Αυτό είναι ένα πολύ ακριβές κομμάτι του τόπου όπου βρίσκεται το αστέρι νετρονίων και πού πηγαίνει”.
Μια παραβίαση της αρχής της ισοδυναμίας θα εκδηλωθεί ως παραμόρφωση της τροχιάς του πάλσαρ – μια διαφορά ανάμεσα στην τροχιά του άστρου νετρονίων και αυτού του εσωτερικού συνοδού λευκού νάνου. Δηλαδή οι ερευνητές μέτρησαν κατά πόσο ο εσωτερικός λευκός νάνος και το άστρο νετρονίων, με τα διαφορετικά βάρη τους, επηρεάζονταν διαφορετικά από τη βαρύτητα του εξωτερικού λευκού νάνου, δηλαδή «έπεφταν» προς αυτόν με διαφορετική ταχύτητα.
Αυτή η παραμόρφωση θα ανάγκαζε την ακτινοβολία του pulsar να φτάσει σε λίγο διαφορετικό χρόνο από τον αναμενόμενο. Αλλά οι ερευνητές δεν ανίχνευσαν καμία τέτοια παραμόρφωση.
“Εάν υπάρχει διαφορά, δεν υπερβαίνει τα 3 μέρη στο εκατομμύριο”, δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Nina Gusinskaia, φοιτήτρια διδακτορικού στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ.
“Τώρα, μια οποιαδήποτε εναλλακτική θεωρία της βαρύτητας έχει ένα ακόμη πιο περιορισμένο εύρος δυνατοτήτων που η θεωρία τους πρέπει να ταιριάζει, ώστε να ταιριάζει με αυτό που έχουμε δει”, πρόσθεσε η Nina Gusinskaia. “Επίσης, έχουμε βελτιώσει την ακρίβεια της καλύτερης προηγούμενης δοκιμής της θεωρίας βαρύτητας, τόσο εντός του ηλιακού συστήματος όσο και με άλλα πάλσαρ, κατά ένα συντελεστή περίπου 10.”
Η νέα μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature .
