Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria kuvaa painovoimaa sekä tilan että ajan geometrisena. Mutta tämän tilan kaarevuuden mittaaminen on vaikeaa. Tutkijat ovat kuitenkin nyt käyttäneet mantereen laajuista radioteleskooppijärjestelmää auringon painovoiman aiheuttaman avaruuskaarevuuden erittäin tarkan mittaamiseksi. Tämä uusi tekniikka lupaa myötävaikuttaa suuresti kvantfysiikan opiskeluun.
”Painovoiman aiheuttaman tilan kaarevuuden mittaaminen on yksi herkimmistä tavoista oppia, kuinka Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria liittyy kvanttifysiikkaan. Painovoimateorian ja kvanttiteorian yhdistäminen on 2000-luvun fysiikan tärkein tavoite, ja nämä tähtitieteelliset mittaukset ovat avain näiden kahden välisen suhteen ymmärtämiseen ”, sanoi Sergei Kopeikin Missourin yliopistosta.
Kopeikin ja hänen kollegansa käyttivät Kansallisen tiedesäätiön erittäin pitkän lähtötason ryhmää (VLBA) radioteleskooppijärjestelmää mitata Auringon painovoiman aiheuttama valon taivutus yhteen osaan 30,000 3 333 (korjattu NRAO: lla ja päivitetty täällä 3.9.2009 - katso linkki, jonka tarjoaa Ned Wright, UCLA, saadaksesi lisätietoja valon taipumisesta ja viiveestä). Lisähavainnoilla tiedemiehet sanovat, että heidän tarkkuustekniikallaan voidaan tehdä tämän ilmiön kaikkien aikojen tarkka mitta.
Tähtivalon taipuminen painovoiman avulla ennusti Albert Einstein, kun hän julkaisi yleisen suhteellisuusteorian teorian vuonna 1916. Suhteellisuusteorian mukaan massiivisen esineen, kuten aurinko, voimakas painovoima aiheuttaa kaarevuuden läheisessä tilassa, mikä muuttaa valon tietä tai radioaallot, jotka kulkevat lähellä kohdetta. Ilmiö havaittiin ensimmäisen kerran auringonpimennyksen aikana vuonna 1919.
Vaikka vaikutusta on mitattu useita 90 vuoden aikana, yleisen suhteellisuustekniikan ja kvanttiteorian yhdistämisen ongelma on vaatinut entistä tarkempia havaintoja. Fyysikot kuvaavat avaruuden kaarevuutta ja gravitaatiovalon taipumista parametrina, jota kutsutaan gammaksi. Einsteinin teorian mukaan gamman tulisi olla tarkalleen 1,0.
"Jopa arvolla, joka eroaa miljoonasosasta 1,0: sta, olisi merkittäviä seurauksia painovoiman teorian ja kvanttiteorian yhdistämisessä ja siten ennustettaessa ilmiöitä korkean painovoiman alueilla lähellä mustia aukkoja", Kopeikin sanoi.
Erittäin tarkkojen mittausten tekemiseksi tutkijat kääntyivät VLBA: n, mantereen laajuisen radioteleskooppijärjestelmän puoleen aina Havaijista Neitsytsaarten. VLBA tarjoaa voiman tehdä tarkimmat sijainnin mittaukset taivaalla ja yksityiskohtaisimmat kuvat mistä tahansa saatavilla olevasta tähtitieteellisestä instrumentista.
Tutkijat tekivät havaintonsa, kun aurinko kulki melkein neljän etäisen kvasaarin edessä - kaukaisissa galakseissa, joiden ytimessä oli supermassiiviset mustat aukot - lokakuussa 2005. Auringon painovoima aiheutti pieniä muutoksia kvaasarien näkyvissä sijainneissa, koska se taipui radioon kauempana olevista esineistä tulevat aallot.
Tuloksena oli gamma-arvon mitattu arvo 0,9998 +/- 0,0003, sopusoinnussa Einsteinin ennusteen kanssa 1,0.
"Lisäämällä havaintoidemme kaltaisia havaintoja täydentävien mittausten lisäksi, kuten NASA: n Cassini-avaruusaluksella tehtyjen mittausten lisäksi, voimme parantaa tämän mittauksen tarkkuutta vähintään kertoimella neljä, jotta saadaan paras gammamittaus", sanoi Edward Fomalont. Kansallisen radioastronomian observatorion (NRAO). "Koska gamma on gravitaatioteorioiden perusparametri, sen mittaus eri havainnointimenetelmillä on ratkaisevan tärkeää, jotta saadaan arvo, jota fysiikkayhteisö tukee", Fomalont lisäsi.
Kopeikin ja Fomalont työskentelivät NRAO: n John Bensonin ja NASA: n Jet-propulsiolaboratorion Gabor Lanyin kanssa. He kertoivat havainnoistaan Astrophysical Journal -lehden 10. heinäkuuta ilmestyvässä lehdessä.
Lähde: NRAO
