Kuvaluotto: NRAO
Fyysikot, joiden teoria on Einstein lähes vuosisadan ajan, ovat löytäneet todisteita tukemaan teoriaa, jonka mukaan painovoima liikkuu valon nopeudella. Vaihtelut kvasarin kuvan taipumisessa ottivat huomioon tämän painovoiman nopeuden.
Hyödyntäen harvinaista kosmista kohdistusta, tutkijat ovat suorittaneet ensimmäisen mittauksen nopeudesta, jolla painovoiman eteneminen antaa numeerisen arvon yhdelle viimeisistä fysiikan mittaamattomista perusvakioista.
”Newton ajatteli, että painovoiman voima oli välitön. Einstein oletti liikkuvan valon nopeudella, mutta toistaiseksi kukaan ei ollut mitannut sitä ”, kertoi Missouri-Columbian yliopiston fyysikko Sergei Kopeikin.
"Olemme todenneet, että painovoiman etenemisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus 20 prosentin tarkkuudella", sanoi Ed Fomalont, National Radio Astronomy Observatoryn (NRAO) tähtitieteilijä Charlottesvillessä, VA. Tutkijat esittelivät havaintonsa American Astronomical Society -kokouksessa Seattlessa, WA.
Maamerkin mittaus on tärkeä fyysikoille, jotka työskentelevät yhtenäisillä kenttäteorioilla, jotka yrittävät yhdistää hiukkasfysiikan Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan ja sähkömagneettiseen teoriaan.
"Mittauksemme asettaa joitain vahvoja rajoituksia teorioille, jotka ehdottavat ylimääräisiä ulottuvuuksia, kuten yläviirateoria ja brane-teoriat", Kopeikin sanoi. "Painovoiman nopeuden tunteminen voi olla tärkeä testi näiden ylimääräisten ulottuvuuksien olemassaololle ja kompaktille", hän lisäsi.
Ylävirtausteoria ehdottaa, että luonnon perushiukkaset eivät ole pistemäisiä, vaan uskomattoman pieniä silmukoita tai jousia, joiden ominaisuudet määräävät erilaiset värähtelytavat. Brane (kalvoista johdettu sana) ovat moniulotteisia pintoja, ja jotkut nykyiset fysikaaliset teoriat ehdottavat avaruus-aika-merkkien upottamista viiteen ulottuvuuteen.
Tutkijat käyttivät kansallisen tiedesäätiön koko maan laajuista radioteleskooppijärjestelmää (VLBA) Very Long Baseline Array (VLBA) yhdessä sadan metrin radioteleskoopin kanssa Effelsbergissä, Saksassa, tehdäkseen erittäin tarkan havainnon, kun Jupiter-planeetta ohitti melkein edessä valoisa kvaasari 8. syyskuuta 2002.
Havainto tallensi taustakvasaarista tulevien radioaaltojen erittäin vähäisen "taipumisen" Jupiterin gravitaatiovaikutuksen avulla. Taivutus aiheutti pienen muutoksen kvartaarin näkyvässä sijainnissa taivaalla.
"Koska Jupiter liikkuu auringon ympäri, tarkka taivutuksen määrä riippuu hieman nopeudesta, jolla painovoima etenee Jupiterista", Kopeikin sanoi.
Jupiter, aurinkokunnan suurin planeetta, kulkee vain riittävän tarkkaan radioaaltojen tielle sopivasti kirkkaasta kvartaarista noin kerran vuosikymmenessä, jotta tällainen mittaus voidaan suorittaa, tutkijat sanoivat.
Kerran vuosikymmenen aikana taivaallinen linjaus oli viimeinen tapahtumaketjussa, joka teki mahdolliseksi painovoiman nopeuden mittauksen. Muihin sisältyy kahden tutkijan sattumanvarainen tapaaminen vuonna 1996, läpimurto teoreettiseen fysiikkaan ja erikoistuneiden tekniikoiden kehittäminen, jotka mahdollistivat erittäin tarkan mittauksen.
"Kukaan ei ollut yrittänyt mitata painovoiman nopeutta aiemmin, koska suurin osa fyysikoista oli sitä mieltä, että ainoa tapa tehdä niin oli havaita painovoima-aallot", Kopeikin muisteli. Vuonna 1999 Kopeikin kuitenkin laajensi Einsteinin teoriaa sisällyttämään liikkuvan kehon painovoimavaikutukset valo- ja radioaaltoihin. Vaikutukset riippuivat painovoiman nopeudesta. Hän tajusi, että jos Jupiter liikkui melkein tähden tai radion lähteen edessä, hän voisi testata teoriaansa.
Kopeikin tutki Jupiterin ennustettua kiertorataa seuraavalle 30 vuodelle ja huomasi, että jättiläinen planeetta kulkee tarpeeksi tarkasti kvaasarin J0842 + 1835 edessä vuonna 2002. Hän kuitenkin huomasi nopeasti, että vaikutus kvaasarin näkyvään sijaintiin taivaalla johtuu painovoiman nopeudelle olisi niin pieni, että ainoa havainnointitekniikka, joka pystyy mittaamaan sen, oli erittäin pitkä perusvirtainterferometria (VLBI), tekniikka, joka sisältyy VLBA: han. Kopeikin otti sitten yhteyttä Fomalontiin, johtavaan VLBI-asiantuntijaan ja kokenut VLBA-tarkkailijaan.
"Ymmärsin heti kokeilun tärkeyden, joka voisi tehdä ensimmäisen mittauksen luonnon perusteellisesta vakiosta", Fomalont sanoi. "Päätin, että meidän oli annettava tämä paras laukaus", hän lisäsi.
Tarvittavan tarkkuustason saamiseksi kaksi tutkijaa lisäsivät havaintoihinsa Effelsbergin kaukoputken. Mitä leveämpi etäisyys kahden radioteleskooppiantennin välillä, sitä suurempi on saavutettavissa oleva erotuskyky tai kyky nähdä hienoja yksityiskohtia. VLBA sisältää antennit Havaijilla, Yhdysvaltain mannerosassa ja St. Croixilla Karibialla. Antenni toisella puolella Atlanttia lisäsi vielä enemmän erottelutehoa.
"Meidän piti tehdä mittaus noin kolme kertaa tarkemmin kuin kukaan ei koskaan ollut tehnyt, mutta tiesimme periaatteessa, että se voidaan tehdä", Fomalont sanoi. Tutkijat testasivat ja tarkensivat tekniikkaansa ”kuivilla ajoilla”, odottivat sitten Jupiterin suorittavan kulkensa kvasaarin edessä.
Odotus sisälsi huomattavaa kynsien puremista. Laitevika, huono sää tai sähkömagneettinen myrsky itse Jupiterissa olisi voinut sabotoida havaintoa. Onnea kuitenkin jatkui ja tutkijoiden havainnot radiotaajuudella 8 GigaHertz tuottivat tarpeeksi hyvää tietoa mittauksen tekemistä varten. He saavuttivat tarkkuuden, joka oli yhtä suuri kuin hiuksen leveys nähtynä 250 mailin päästä.
”Päätavoitteemme oli sulkea pois ääretön nopeus painovoiman suhteen, ja menestyimme vielä paremmin. Tiedämme nyt, että painovoiman nopeus on todennäköisesti yhtä suuri kuin valon nopeus, ja voimme varmasti sulkea pois kaikki painovoiman nopeudet, jotka ovat yli kaksinkertaiset valon nopeuteen ”, Fomalont sanoi.
Useimmat tutkijat, Kopeikin sanoi, saavat helpotuksen siitä, että painovoiman nopeus on yhdenmukainen valon nopeuden kanssa. Uskon, että tämä kokeilu antaa uuden valon yleisen suhteellisuustekijän perusteille ja edustaa ensimmäistä monesta lisää gravitaation tutkimuksista ja havainnoista, jotka ovat tällä hetkellä mahdollisia VLBI: n erittäin suuren tarkkuuden vuoksi. Meillä on paljon enemmän opittavaa tästä kiehtovasta kosmisesta voimasta ja sen suhteesta muihin luonnon voimiin ”, Kopeikin sanoi.
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun Jupiter on osallistunut fyysisen fyysisen vakion mittaamiseen. Vuonna 1675 Pariisin observatoriossa työskentelevä tanskalainen tähtitieteilijä Olaf Roemer teki ensimmäisen kohtuullisen tarkan valonopeuden määrittämällä tarkkailemalla yhden Jupiterin kuun pimennyksiä.
Alkuperäinen lähde: NRAO-lehdistötiedote
