Космічний танець трьох мертвих зірок може порушувати відносність

0
305
Космічний танець трьох мертвих зірок може порушувати відносність

Уявіть, що ви астроном з цікавими ідеями про таємні закони космосу. Як і будь-який хороший вчений, ви плануєте експеримент для перевірки своєї гіпотези. І раптом погані новини: немає ніякого способу її перевірити, крім хіба що комп’ютерного моделювання. Космічні об’єкти занадто великі і незручними, щоб їх можна було виростити в чашці Петрі або зіштовхнути як субатомні частинки.

На щастя, в космосі бувають рідкісні місця, де природа проводить власні експерименти — начебто PSR J0337+1715. Вперше спостерігалася ця потрійна система в 2012 році, а в 2014 році вчені офіційно заявили про її відкриття. Вона знаходиться в 4200 світлових років від нас у сузір’ї Тельця.

Три мертвих зоряних ядра обертаються в танці, який може підтвердити або призвести до перегляду — ідеї Ейнштейна про просторі-часі. Ставки високі. У 1970-х роках система з двох мертвих зірок забезпечила сильні, хоч і непрямі докази, що підтверджують загальну теорію відносності Ейнштейна, і що гравітаційні хвилі, які в підсумку знайшла LIGO, дійсно існують. За цю роботу вчені отримали Нобелівську премію.

Щоб зрозуміти PSR J0337+1715 в рамках експерименту, Джошуа Сокіл з New Scientist пропонує уявити її як фізичне місце. Приблизно на такій же відстані від центру системи, на якому Земля обертається навколо Сонця, лежить холодний білий карлик, залишки затверділого ядра зірки типу нашої. Трохи віддалік є ще один білий карлик погарячіше. Він повинен «кричати яскравим світлом» в небі, говорить Скотт Ренсом з Національної радіоастрономічної обсерваторії в Вірджинії, керівний спостереженнями за цією системою.

Кожні 1,6 дня цей внутрішній білий карлик крутиться навколо компаньйона, не видимого неозброєним оком. Але в рентгенівському або гамма-променевому бачення два білих карлика щодо тьмяні порівняно з компаньйоном — сферичним 24-кілометровим об’єктом, маса якого в півтора рази перевищує масу Сонця.

Це пульсар, залишок набагато більш великої зірки. Він робить оборот раз в 2,73 мілісекунди, як космічний пиловий демон. Кожне обертання випускає пучок радіохвиль в небо, які досягають Землі з кожним обертом — ми використовуємо його надточні сигнали як космічні годинниківники. І оскільки ці тіла мають інтенсивні, заплутані гравітаційні поля, а у нас є годинниківник, які до них підв’язані, перевірити Ейнштейна було б дуже зручно.

Команда Ренсома відстежує цокання пульсара, вимірюючи, як змінюються орбіти трьох тіл, і порівнюючи результати з передбаченнями теорії Ейнштейна. На одній ідеї вони зосереджені особливо серйозно.

Згадайте апокрифічну історію Галілея на Пізанської вежі в Пізі, який кидав об’єкти про землю, щоб показати, що різним масам потрібен один і той же час, щоб пролетіти одне і те ж відстань. Астронавт Девід Скотт зробив цей експеримент на Місяці з пером і молотком.

Принцип так званої сильної еквівалентності в загальній теорії відносності продовжує цю ідею. Він стверджує, що навіть об’єкти зі своїми власними гравітаційними полями повинні реагувати на гравітацію точно так само, як інші.

Як з пір’ям і молотком, внутрішній білий карлик і набагато більш важкий пульсар повинні поводитися однаково під гравітаційним тяжінням зовнішнього білого карлика. Якщо ні, орбіта внутрішньої пари стане більш витягнутої, ніж очікується, і принцип еквівалентності буде порушений, і загальна теорія відносності помилкова.

І тоді буде шок і трепет. Але такого шоку можна було рано чи пізно чекати, оскільки ВІД сумно відома тим, що не хоче дружити з іншими теоріями природи.

«Будь-яка інша теорія гравітації, крім загальної теорії відносності, в основному пророкує, що сильний принцип еквівалентності на певному рівні терпить невдачу», говорить Ренсом.

На вересневій конференції, присвяченій пульсарам, яка пройде у Великобританії, команда Ренсома сподівається оголосити про нові результати, починаючи з роботи Анни Арчибальд, яка перевірить принцип еквівалентності у 50-100 разів краще, ніж коли-небудь раніше. Вони ще цього не зробили, каже Ренсом, тому що потрібно докладніше вивчити деякі закономірності в даних, які, схоже, порушують принцип еквівалентності.

«Очевидно, це буде потужно, тому ми б хотіли переконатися, що розуміємо дані правильно», говорить Ренсом. На поточний момент комп’ютери все ще проводять аналіз.

Які шанси, що, коли робота вийде, люди будуть схвильовані?

«Більшість людей вважають, що сильний принцип еквівалентності не може потерпіти невдачу на такому рівні. Це одна з причин, по якій ми постійно б’ємося головою об стіну».

Можливо, PSR J0337+1715 — ідеальний космічний експеримент: експеримент, в якому загальна теорія відносності точно надломиться, не на папері, а напевно. Чи почекаємо ще трохи.

Оцініть статтю

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Please enter your comment!
Please enter your name here