Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι τουλάχιστον 99,95% σωστή

Πηγή: Cosmos, 15 Σεπτεμβρίου 2006

Σύμφωνα με μια νέα μελέτη των παλμών της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα ζευγάρι μακρινών άστρων νετρονίων, η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας είναι σωστή τουλάχιστον κατά 99.95%

Καλλιτεχνική εικόνα από ένα διπλό σύστημα πάλσαρ που χρησιμοποιήθηκε για να δοκιμαστεί η θεωρία του Αϊνστάιν της γενικής σχετικότητας

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα μέτρησε την ακτινοβολία από ένα διπλό σύστημα πάλσαρ που ανακαλύφθηκε το 2003 και είναι 2.000 έτη φωτός μακριά από τη Γη, με το όνομα J0737-3039A/B. Και μετά εφάρμοσαν τα μοντέλα της γενικής σχετικότητας σε αυτό το σύστημα, για να δοκιμάσουν αν είναι σωστή η θεωρία, που πρωτοδημοσιεύτηκε πριν 91 χρόνια.

Οι εξισώσεις έχει διαπιστωθεί ότι ισχύουν στο Ηλιακό Σύστημα με ακρίβεια 0,002%, ωστόσο ορισμένοι θεωρητικοί φυσικοί προέβλεπαν αποκλίσεις στην περίπτωση βαρυτικών πεδίων πολύ ισχυρότερων του Ήλιου. Αλλά η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Μάικλ Κράμερ του πανεπιστημίου του Μάντσεστερ αναφέρει ότι επιβεβαίωσε τη θεωρία του Αϊνστάιν στην περίπτωση και των άστρων νετρονίων.

Η θεωρία προβλέπει ότι όχι μόνο τα ραδιοκύματα κάμπτονται από τη βαρύτητα των άστρων αλλά και ότι αν δύο άστρα βρίσκονται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο, παράγουν βαρυτικά κύματα που δημιουργούν κυματισμούς στο χωροχρόνο και φέρνουν τα άστρα πιο κοντά.

Έτσι τα αποτελέσματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Science, δείχνουν ότι η γενική σχετικότητα είναι σωστή μέσα σε ένα όριο 0,05 τοις εκατό ή με ακρίβεια 1 προς 20.000 - το πιο αυστηρό όριο μέχρι σήμερα, σύμφωνα με τους ερευνητές.

"Ήταν μια πολύ συναρπαστική παρατήρηση καθώς και η προσπάθεια να μάθεις όλες τις λεπτομέρειες για το τι κρύβεται πίσω από το σύστημα. Ολόκληρη η επιστημονική κοινότητα που ασχολήθηκε με τα πάλσαρ είναι συγκινημένη", λέει ο George Hobbs, ερευνητής στη Αυστραλία και ένας από τους συντάκτες της μελέτης.

Τα πάλσαρ είναι συνώνυμα με τα αστέρια νετρονίων - η μόνη διαφορά που έχουν είναι ότι τα αστέρια νετρονίων είναι μη ανιχνεύσιμα με τα ραδιοκύματα. "Τα πάλσαρ φαίνονται να στέλνουν προς τα έξω ραδιοακτίνες από τους μαγνητικούς πόλους τους, και εάν αυτή η ραδιοακτίνα συμβαίνει να είναι στην ευθεία που συνδέει τα πάλσαρ με τα όργανα παρατήρησης στη Γη, τότε μπορούμε να την ανιχνεύσουμε και έτσι την πηγή την ονομάζουμε πάλσαρ", λέει ο Hobbs.

"Πάλσαρ είναι απλά ένα αστέρι νετρονίων που μπορούμε να δούμε." Τα αστέρια αυτά, επίσης, κινούνται αργά σπειροειδώς το ένα προς το άλλο και κάποτε θα συγκρουστούν. Αυτό αποδεικνύει ότι το σύστημα χάνει ενέργεια.

Το διπλό σύστημα πάλσαρ που μελετήθηκε αποτελείται από δύο ιδιαίτερα συμπαγή αστέρια, με διάμετρο περίπου 20 χλμ, και που είναι σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο με μια ταχύτητα 1 εκατομμύριο χιλιόμετρα την ώρα. Επίσης, η τροχιακή περίοδος του κάθε άστρου είναι 2,5 ώρες. "Κάθε αστέρι έχει περίπου ενάμισι φορά τη μάζα του ήλιού μας, αλλά συμπιεσμένα στο μέγεθος μιας πόλης," συνεχίζει ο Hobbs. Για παράδειγμα ο Ήλιος μας έχει διάμετρο 1 εκατομμύριο χλμ.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τρία από τα μεγαλύτερα ραδιοτηλεσκόπια του κόσμου - το ραδιοτηλεσκόπιο Parkes (Αυστραλία), το τηλεσκόπιο Lovell στην Jodrell Bank(Μεγάλη Βρετανία), και το τηλεσκόπιο Robert C. Byrd Green Bank (Δυτική Βιρτζίνια στις ΗΠΑ) - για να παρατηρήσουν ένα διπλό πάλσαρ για μία περίοδο τριών ετών.

"Μετράτε πότε οι ακτίνες από τα πάλσαρ έφθασαν στο τηλεσκόπιό σας, προβλέπετε πότε πρέπει να φτάσουν ξανά - λαμβάνοντας υπόψη τη θεωρία της σχετικότητας - και βλέπετε εάν αυτή η θεωρία είναι σωστή ή όχι", εξηγεί ο Hobbs. Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν δηλαδή ότι οι εξισώσεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, που προβλέπουν πώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ταξιδεύει στο Διάστημα κάμπτεται όταν συναντήσει ισχυρά βαρυτικά πεδία, είναι σωστές.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη "καθυστέρηση Shapiro" ως την ακριβέστερη δοκιμή της γενικής σχετικότητας: Οι ραδιοπαλμοί από το ένα πάλσαρ επιβραδύνθηκαν όταν αυτοί έφτασαν πολύ κοντά στο άλλο άστρο. Κι αυτή η καθυστέρηση προκλήθηκε από την κυρτότητα του χωρόχρονου, που οφείλεται βέβαια ότι τα πολύ βαριά αντικείμενα κάμπτουν το χωροχρονικό ιστό

"Εάν έχετε δύο πάλσαρ που στρέφονται το ένα γύρω από το άλλο, μπορείτε να αυξήσετε τον αριθμό των δοκιμών που μπορείτε να κάνετε, επειδή ξέρετε τα πάντα για το σύστημα. Ο λόγος για τον οποίο είναι αυτό τόσο συναρπαστικό είναι επειδή για πρώτη φορά, ξέρουμε  εντελώς το πλήρες σύστημα."

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε έξι παραμέτρους για να εξετάσει τη θεωρία της γενικής σχετικότητας - περισσότερες από όσες έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ στο παρελθόν. Όσες περισσότερες είναι οι παράμετροι που μετριούνται, τόσο αυστηρότερη είναι η δοκιμή.

Στο μέλλον, είπε ο Hobbs, η ομάδα του θα επιθυμούσε να μετρήσει περισσότερες παραμέτρους. "Ο λόγος που είναι δύσκολο να μετρηθούν κι άλλες είναι επειδή τα αποτελέσματα είναι πολύ μικρά. Έτσι θα πρέπει είτε να κάνουμε παρατηρήσεις σε περισσότερο χρόνο, ή πρέπει να βελτιώσουμε τη δυνατότητά μας να παρατηρήσουμε αυτά τα πάλσαρ"

Αν μετρηθούν κι άλλες παράμετροι, λέει ο Hobbs, "μπορούμε να βρούμε την πλήρη γεωμετρία των συστημάτων, που σημαίνει να ξέρουμε ακριβώς την τροχιά αυτών των συστημάτων. Τότε θα είμαστε σε θέση να βρούμε τη ροπή της αδράνειας του άστρου νετρονίων, που κανένας δεν έχει κάνει ποτέ πριν."

Οι αυστραλοί ερευνητές ενδιαφέρονται, επίσης, ιδιαίτερα για μια άλλη πρόβλεψη της θεωρίας της γενικής σχετικότητας: Τα κύματα βαρύτητας. Αυτή η ιδέα προτείνει ότι ολόκληρος ο χωροχρονικός ιστός διαδίδεται ως κύμα.

Αυτή η μελέτη επιβεβαιώνει ότι η γενική σχετικότητα ισχύει ακόμα, δίνοντας έτσι ελπίδα ότι τα κύματα βαρύτητας μπορούν να υπάρχουν, ακόμα κι αν κανένας δεν τα έχει δει.

Στη Γη, μάλιστα, συνεχίζεται η αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων με επίγεια όργανα ενώ σε διάστημα έξι έως επτά ετών αναμένεται να λειτουργήσει και δορυφορικός ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων στο Διάστημα (LISA).

Το επόμενο βήμα είναι να δοκιμάσουν τη σχετικότητα σε ακόμα πιο ακραίες συνθήκες για παράδειγμα σε δυαδικά συστήματα που αποτελούνται από από ένα πάλσαρ και μια μαύρη τρύπα.