Taiteilijan kuva Lense-Thirring-kehyksen vetämisestä, joka johtuu pyörivästä valkoisesta kääpiöstä PSR J1141-6545 -binaaritähtijärjestelmässä.
(Kuva: © Mark Myers, ARC: n huippuyksikkö gravitaation aaltojen havaitsemiseksi (OzGrav))
Tapa, jolla tilan ja ajan kangas pyörii kosmisessa porealtaassa kuolleen tähden ympärillä, on vahvistanut vielä yhden ennusteen Einsteinin teoria yleisestä suhteellisuudesta, uusi tutkimus löytää.
Tämä ennustus on ilmiö, jota kutsutaan kehyksen vetämiseksi tai linssi-Thirring-ilmiöksi. Siinä todetaan, että avaruus-aika vaihtuu massiivisen, pyörivän kappaleen ympärille. Kuvittele esimerkiksi, että Maapallo oli hunajassa. Kun planeetta pyörii, hunaja sen ympärillä pyörii - ja sama pätee avaruus-aikaan.
Satelliittikokeet ovat havainneet kehyksen vetäminen pyörivän maan gravitaatiokentässä, mutta vaikutus on poikkeuksellisen pieni ja siksi sen mittaaminen on ollut haastavaa. Kohteet, joilla on suurempi massa ja voimakkaammat gravitaatiokentät, kuten valkoiset kääpiöt ja neutronitähdet, tarjoavat paremmat mahdollisuudet nähdä tämä ilmiö.
Tutkijat keskittyivät PSR J1141-6545 -sarjaan, joka on nuori pulsar, joka on noin 1,27-kertainen auringon massaan verrattuna. Pulsar sijaitsee 10 000 - 25 000 valovuoden päässä maasta Musca-tähdistössä (kärpäs), joka on lähellä kuuluisaa eteläisen ristin tähdistöä.
Pulsaari on nopeasti pyörivä neutronitähti, joka emittoi radioaaltoja magneettinapojaan pitkin. (Neutronitähdet ovat supernovoiksi kutsuttujen katastrofaalisten räjähdysten aikana kuolleiden tähtien ruumiita; näiden jäännösten painovoima on riittävän voimakas murskaamaan protoneja yhdessä elektronien kanssa muodostamaan neutroneja.)
PSR J1141-6545 kiertää valkoisen kääpiön, jonka massa on suunnilleen sama kuin auringon. Valkoiset kääpiöt ovat kuolleiden tähtijen ylimääräisiä maapallon kokoisia ytimiä, jotka jäävät jälkeen kun keskikokoiset tähdet ovat kuluttaneet polttoaineensa ja vuotaneet ulkokerroksensa. Auringomme päätyy eräänä päivänä valkoisena kääpiönä, samoin kuin yli 90% kaikista tähdestä galaksissamme.
Pulsari kiertää valkoista kääpiötä tiukalla, nopealla kiertoradalla, joka on alle 5 tuntia pitkä, ja ajaa avaruuden läpi nopeudella noin 620 000 mph (1 miljoona km / h), ja etäisyys tähtien välillä on tuskin suurempi kuin aurinkomme koko, tutkimus johtava kirjailija Vivek Venkatraman Krishnan, astrofysiikka Max Bonckin radioastronomian instituutissa Bonnissa, Saksa, kertoi Space.com: lle.
Tutkijat mittasivat Australian Parkesin ja UTMOST-radioteleskooppien avulla milloin pulssarien pulssit saapuivat Maahan tarkkuudella 100 mikrosekuntia lähes 20 vuoden aikana. Tämän ansiosta he pystyivät havaitsemaan pitkäaikaisen siirtymisen tavalla, jolla pulsar ja valkoinen kääpiö kiertävät toisiaan.
Sen jälkeen kun muutokset tämän driftin mahdolliset syyt on poistettu, tutkijat päättelivät, että se oli seurausta kehyksen vetämisestä: Tapa, jolla nopeasti pyörivä valkoinen kääpiö vetää avaruusaikaa, on aiheuttanut pulsarin kiertoradan muuttamaan suuntaa hitaasti ajan myötä. Kehyksen vetämisen tason perusteella tutkijat laskivat, että valkoinen kääpiö pyörii akselillaan noin 30 kertaa tunnissa.
Aikaisemmat tutkimukset ehdottivat, että valkoinen kääpiö muodostui ennen pulsaaria tässä binaarisessa järjestelmässä. Yksi ennuste tällaisista teoreettisista malleista on, että ennen pulssinmuodostuneen supernovan syntymistä pulsarin esivuoraaja heitti noin 20 000 Maan massan arvoista ainetta valkoiselle kääpiölle noin 16 000 vuoden aikana lisäämällä sen spin-nopeutta.
"Järjestelmät, kuten PSR J1141-6545, joissa pulsar on nuorempi kuin valkoinen kääpiö, ovat melko harvinaisia", Venkatraman Krishnan sanoi. Uusi tutkimus "vahvistaa jo pitkään olleen hypoteesin siitä, kuinka tämä binaarijärjestelmä syntyi, jota ehdotettiin yli kaksi vuosikymmentä sitten".
Tutkijat totesivat, että he käyttivät kehyksen vetämistä saadakseen kuvan pyörivään tähtiin, joka aiheutti sen. He sanoivat, että he voivat tulevaisuudessa käyttää samanlaista menetelmää binaaristen neutronitähtien analysoimiseksi saadakseen lisätietoja niiden sisäisestä koostumuksesta ", jota meillä ei ole vielä käsitelty yli 50 vuoden ajan tarkkailemalla niitä", Venkatraman Krishnan sanoi. "Aineen tiheys neutronitähden sisällä ylittää huomattavasti sen, mikä voidaan saavuttaa laboratoriossa, joten on paljon uutta fysiikkaa, joka on opittava käyttämään tätä tekniikkaa kaksinkertaistamaan neutronitähtien järjestelmät."
Tutkijat yksityiskohtaisesti heidän havainnoistaan verkossa tänään (30. tammikuuta) Science-lehdessä.
- Neutronitähden sisällä (infografinen)
- Mitä pulsaarit ovat?
- Kuvissa: Einsteinin vuoden 1919 aurinkopimennyskoe testaa yleistä suhteellisuusteoriaa
