Η ταλάντευση του πάλσαρ προσφέρει νέα δοκιμή για τον Αίνστάιν

Πηγή: NewScientist, 3 Ιουλίου 2008

Ο Αϊνστάιν μπορεί να ησυχάσει για λίγο καιρό. Χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος πάλσαρ - που είναι σε τροχιά το ένα ως προς το άλλο - αστρονόμοι επιβεβαίωσαν την πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας για το πώς τα σώματα ταλαντεύονται με την παρουσία της βαρύτητας.

Η σχεδόν τέλεια ευθυγράμμιση της Γης με το επίπεδο της τροχιάς του διπλού πάλσαρ PSR J0737-3039A/B έχει σαν αποτέλεσμα να γίνεται έκλειψη του πάλσαρ A μία φορά σε κάθε τροχιά, καθώς αυτό κινείται πίσω από το πάλσαρ B.

0Αλλά στο μέλλον, η τελευταία δοκιμασία θα γίνει με περισσότερη ακρίβεια, πιθανώς αποκαλύπτοντας αποκλίσεις από την πάγια θεωρία.

Τα πάλσαρ είναι άστρα που έχουν καταρρεύσει και κυρίως είναι φτιαγμένα από νετρόνια. Το κάθε πάλσαρ στρέφεται γύρω από έναν άξονα και εκτοξεύει λαμπρές ακτίνες φωτός από τους πόλους.

Επειδή τα άστρα αυτά είναι πυκνά και τείνουν να στρέφονται γύρω από ένα άλλο σώμα σε κοντινές αποστάσεις, αναλαμβάνει δράση το ισχυρό βαρυτικό πεδίο τους, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για να δοκιμάσουν οι φυσικοί μια σειρά από προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Έτσι λοιπόν, μια ομάδα έχει επιβεβαιώσει μια παλιά πρόβλεψη ότι η διαστρέβλωση του 0διαστήματος θα πρέπει να προκαλεί ανεπαίσθητες ταλαντώσεις στο σπιν ενός άστρου. Αυτή η μετάπτωση του σπιν αναγκάζει τον κύριο άξονά του να χαράξει ένα κύκλο με την πάροδο του χρόνου, σαν τη σβούρα.

"Η μέτρηση αυτή είναι η πρώτη σαφής ποσοτική δοκιμή της μετάπτωσης του σπιν σε ένα αστέρι ή ένα αντικείμενο εκτός του ηλιακού συστήματος", λέει το μέλος της ομάδας Rene Breton του Πανεπιστημίου McGill στο Μόντρεαλ.

Ακτίνες φάρου

Τα γυροσκόπια στην διαστημική αποστολή Gravity Probe B, που πρόσφατα βαθμολογήθηκε με χαμηλό βαθμό από τη NASA, έχουν επίσης δείξει κάποια στοιχεία μετάπτωσης του άξονα.

Αριστερά: η αλλαγή της διεύθυνσης περιστροφής (μετάπτωση) ενός γυροσκοπίου

Αλλά το ζεύγος των πάλσαρ στη νέα μελέτη, που ονομάζονται J0737-3039, δείχνει ότι είναι χιλιάδες φορές πιο δραματική. "Μιλάμε για ένα εντελώς διαφορετικό βαρυτικό σύστημα," αναφέρει ο Breton.

Και τα δύο πάλσαρ έχουν μεγάλα μαγνητικά πεδία που κρατούν ένα νέφος σωματιδίων φυλακισμένο κοντά τους.

Ένα από τα αστέρια, "πάλσαρ B", και τα σωματίδια του περνά μπροστά από το συνοδό πάλσαρ Α κάθε 2,5 ώρες. Το πάλσαρ Β μπλοκάρι  το φως από το πάλσαρ A, του οποίου το φως - σαν του φάρου  - τυχαίνει να βρίσκεται στην ίδια ευθεία με τη Γη.

Πλήρης κύκλος σε 75 χρόνια

Μετρώντας το φως από αυτές τις εκλείψεις, ο Breton και οι συναδέλφοι του ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσουν ένα μοντέλο για να συναχθεί από το σχήμα του πάλσαρ Β το μαγνητικό του πεδίο. Αυτό εν συνεχεία τους επέτρεψε να βρουν τον προσανατολισμό του άξονα του σπιν των άστρων.

Για τέσσερα χρόνια, η ομάδα αυτή ήταν σε θέση να μετρήσει πόσο άλλαξε ο εν λόγω άξονας, και διαπίστωσε ότι περιστρέφεται με ρυθμό λίγο μικρότερο των 5° ανά έτος. Σε περίπου 75 χρόνια, η ακτίνα του άστρου θα κάνει έναν πλήρη κύκλο.

Η τετραετής παρατήρηση της μετάπτωσης του άξονα συμφωνεί με την πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας έως 13%, και γι αυτό λέει ο Breton ότι η μέτρηση θα γίνεται πιο ακριβής, όσο περισσότερο παρατηρούνται τα πάλσαρ.

Καθώς θα μεγαλώνει η ακρίβεια, οι παρατηρήσεις των πάλσαρ θα μπορούσαν να αποκαλύψουν ελαφρές αποκλίσεις από τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας. Μερικές εναλλακτικές θεωρίες προέβλεψαν ότι δύο σώματα με ίδιες μάζες αλλά με διαφορετικές συνθέσεις, μπορεί να έχουν διαφορετική βαρυτική επίδραση, λέει ο Breton.

Είτε έτσι είτε αλλιώς, η ακριβής δοκιμή της μετάπτωσης του σπιν σε ένα ισχυρό βαρυτικό πεδίο είναι καλά νέα, λένε κάποιοι.

Υπέρβαση των ορίων

"Πάντως ότι μπορούμε να συνεχίσουμε να πιέζουμε τα όρια του πειραματικής επαλήθευσης της γενικής σχετικότητας είναι καλό, γιατί μπορεί να μας δώσει μια ιδέα για το πώς μπορεί να ενοποιήσουμε τους νόμους με την υπόλοιπη θεωρητική φυσική", λέει ο φυσικός Joseph Taylor του Πρίνστον, αναφερόμενος στην προσπάθεια να ενοποιηθούν οι θεωρίες της βαρύτητας με αυτές της κβαντικής φυσικής. Ως γνωστόν ο Joseph Taylor κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 1993 για το έργο του πάνω στα δυαδικά πάλσαρ.

Τα πάλσαρ J0737-3039 μπορεί να είναι το μόνο σύστημα που μπορεί να δοκιμαστεί η μετάπτωση του άξονα του σπιν με εκλείψεις. Για να γίνουν οι μετρήσεις, η δέσμη των ακτίνων ενός άστρου πρέπει να έχει την κατεύθυνση της Γης. Το άλλο πρέπει να περνά μπροστά από το άστρο σε ευθεία οπτική επαφή.

"Είναι ένα πολύ μοναδικό σύστημα και πραγματικά δεν περιμένω να βρούμε άλλα τέτοια συστήματα," πιστεύει για το διπλό σύστημα των πάλσαρ ο Μπρετόν.

"Ήταν ένα εντελώς πρωτόγνωρο σύστημα, ποτέ δεν βρέθηκε κανένα άλλο σύστημα που να είχε οποιαδήποτε από αυτές τις εκλείψεις", λέει ο Paulo Freire από το Παρατηρητήριο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο, που βοήθησε να εντοπίσουν το σύστημα.

Τα δύο πάλσαρ βρίσκονται σε τροχιά ο ένας ως προς τον άλλο σε μια καταδικασμένη σύσφιξη. Αυτό συμβαίνει γιατί τα αστέρια σιγά-σιγά χάνουν ενέργεια - και συνεχώς έρχονται πιο κοντά - και εκπέμπουν βαρυτικά κύματα. Σε περίπου 85 εκατομμύρια χρόνια, θα συγκρουστούν.