Ένα πάλσαρ το οποίο περιστρέφεται γύρω από ένα λευκό νάνο αστέρα, οι οποίοι αμφότεροι περιστρέφονται γύρω από έναν άλλο λευκό νάνο, επιβεβαιώνουν την αρχή της καθολικότητας της ελεύθερης πτώσης.
Παρατηρήσεις από το ραδιοτηλεσκόπιο Westerbork Synthesis Radio Telescope στην Ολλανδία, μαζί με παρατηρήσεις από πολλά άλλα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο, βοήθησαν τους επιστήμονες να επιβεβαιώσουν την αρχή της θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein. Εικόνα: ASTRON
Ένα σημαντικό μέρος της θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein βασίζεται σε μια αρχή που ονομάζεται "καθολικότητα της ελεύθερης πτώσης", πράγμα που σημαίνει ότι όλα τα αντικείμενα που υπόκεινται σε πτώση, πού πέφτουν με άλλα λόγια, επιταχύνονται πανομοιότυπα, ανεξάρτητα από τη μάζα ή τη σύνθεσή τους. Αλλά, μήπως η παρουσία της ακραίας βαρύτητας αλλάζει το πώς κινούνται τα αντικείμενα;
Μερικές εναλλακτικές θεωρίες για τη βαρύτητα έχουν προτείνει ότι αυτό μπορεί να συμβαίνει. Μέχρι τώρα, ωστόσο, οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν ποτέ να δοκιμάσουν πλήρως τα δεδομένα στο ερώτημα αυτό. Χάρη σε ένα μοναδικό τριπλό αστρικό σύστημα, αυτή η βασική πρόβλεψη της θεωρίας του Αϊνστάιν έχει περάσει μία από τις πιο αυστηρότερες δοκιμασίες που έγιναν ποτέ, δείχνοντας ότι όλα τα αντικείμενα επιταχύνουν το ίδιο, ανεξάρτητα από το πόσο ισχυρό είναι το εξωτερικό βαρυτικό πεδίο.
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων διεξήγαγε τη δοκιμή συνδυάζοντας 818 παρατηρήσεις επί έξι χρόνια από τρία διαφορετικά αστεροσκοπεία, κάνοντας περίπου 27.000 μετρήσεις ενός αστρικού συστήματος ονομαζόμενου PSR J0337 + 1715, που βρίσκεται περίπου 4.200 έτη φωτός από τη Γη. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν εχθές στο περιοδικό Nature.
Αυτό το τριπλό αστρικό σύστημα περιλαμβάνει τρία αστέρια στο τέλος του κύκλου ζωής τους: Ένα πάλσαρ που περιστρέφεται γύρω από ένα λευκό νάνο αστέρα, τα οποία, με τη σειρά τους, περιστρέφονται γύρω από ένα άλλο λευκό νάνο που είναι περίπου 1 AΜ (Αστρονομική Μονάδα) μακριά, και η οποία είναι η απόσταση μεταξύ Γης και Ηλίου. Το σύστημα αυτό επιτρέπει μια διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο η έλξη του εξωτερικού λευκού νάνου επηρεάζει τόσο τον εσωτερικό νάνο αστέρα όσο και τον συνοδό πάλσαρ, το οποίο έχει πολύ ισχυρή αυτοβαρύτητα (self-gravity).
Αυτό το τριπλό αστρικό σύστημα περιλαμβάνει τρία αστέρια στο τέλος του κύκλου ζωής τους: Ένα πάλσαρ που περιστρέφεται γύρω από ένα λευκό νάνο αστέρα, τα οποία, με τη σειρά τους, περιστρέφονται γύρω από ένα άλλο λευκό νάνο που είναι περίπου 1 AΜ (Αστρονομική Μονάδα) μακριά, και η οποία είναι η απόσταση μεταξύ Γης και Ηλίου. Το σύστημα αυτό επιτρέπει μια διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο η έλξη του εξωτερικού λευκού νάνου επηρεάζει τόσο τον εσωτερικό νάνο αστέρα όσο και τον συνοδό πάλσαρ, το οποίο έχει πολύ ισχυρή αυτοβαρύτητα (self-gravity).
Η επικεφαλής συγγραφέας της σχετικής εργασίας Anne Archibald, μεταδιδακτορικός ερευνητής του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ, και το ASTRON το Ολλανδικό Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας , δήλωσε στον ιστότοπο Seeker ότι αυτό είναι το μόνο πάλσαρ που είναι γνωστό σε ένα σύστημα με άλλα δύο αστέρια. Τα τριπλά συστήματα είναι πολύ ευαίσθητα, είπε, και ελάχιστοι επιβιώνουν από την έκρηξη του υπερκαινοφανή που δημιουργεί το πάλσαρ. Και αυτή ήταν η ανακάλυψη αυτού του μοναδικού συστήματος η οποία έδωσε το κίνητρο για να τεσταριστεί η θεωρία του Αϊνστάιν.
"Για να κάνουμε αυτή τη δοκιμή, χρειαζόμασταν ένα πάλσαρ, με τους κανονικούς ράδιο παλμούς και την απίστευτη πυκνότητά του" καθώς και άλλα αντικείμενα στο σύστημα, εξηγεί η Archibald. "Το πάλσαρ - ένας ταχέως περιστρεφόμενος αστέρας νετρονίων - περιστρέφεται 366 φορές ανά δευτερόλεπτο, και οι δέσμες ραδιοκυμάτων παράγουν παλμούς σε τακτά χρονικά διαστήματα, όπου μπορούμε να τους χρησιμοποιήσουμε για την παρακολούθηση και τη μελέτη του πάλσαρ. "
Η Archibald και οι συνεργάτες της χρησιμοποίησαν τρία είδη παρατηρήσεων για να κάνουν πολύ ευαίσθητες μετρήσεις ώστε να καθορίσουν αν το πάλσαρ μετακινήθηκε με τον ίδιο τρόπο όπως ο εσωτερικός λευκός νάνος. Συχνά λάμβαναν παρατηρήσεις με το Ραδιοτηλεσκόπιο Westerbork Synthesis στην Ολλανδία, παρατηρήσεις λιγότερο συχνές αλλά πολύωρες (10 ώρες) με το τηλεοπτικό τηλεσκόπιο Robert C. Byrd στο Γκριν Μπάνκ της Δυτικής Βιρτζίνιας, και σύντομες μηνιαίες παρατηρήσεις με το πολύ ευαίσθητο Τηλεσκόπιο William E. Gordon στο Αρεσίμπο του Πουέρτο Ρίκο.
"Έχοντας και τα τρία αυτά τηλεσκόπια είχαμε την ευκαιρία να τα ελέγξουμε το ένα απέναντι στο άλλο", δήλωσε η Archibald μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. "Αυτοί οι διασταυρούμενοι έλεγχοι ήταν ουσιαστικοί για να επιβεβαιώσουμε ότι η δοκιμή μας έδινε σωστά αποτελέσματα".
Οι μετρήσεις τους ήταν τόσο ευαίσθητες ώστε η ομάδα ελπίζει να είναι σε θέση να ανιχνεύσει μια απόκλιση από την πρόβλεψη του Αϊνστάιν με εύρος απόκλισης τα δύο μέτρα. Όμως, αντιμετώπισαν και προκλήσεις εξαιτίας κάποιων περίπλοκων επιπτώσεων.
"Για παράδειγμα, κάθε Μάρτιο ο οπτικός μας άξονας προς το πάλσαρ περνά μέσα σε 2,1 μοίρες του ήλιου", είπε η Archibald. "Ο ηλιακός άνεμος σε αυτό το σημείο επιφέρει καθυστερήσεις στα ραδιοσήματα που παρατηρούμε. Δυστυχώς, ο ηλιακός άνεμος ρέει προς διαφορετικές κατευθύνσεις, σε διαφορετικές ποσότητες, και σε διαφορετικές ημέρες, οπότε η αντιστάθμιση αυτών των καθυστερήσεων ήταν δύσκολη. "
Αντιστάθμισαν, αλλά συνειδητοποίησαν ότι θα μπορούσαν να κάνουν μόνο μια αξιόπιστη ανίχνευση με μια απόκλιση από τις προβλέψεις του Αϊνστάιν περίπου στα 30 μέτρα.
"Ευτυχώς, τα 30 μέτρα ήταν ακόμα μια πολύ αυστηρή δοκιμασία της θεωρίας του Αϊνστάιν", δήλωσε η Archibald.
Ενώ το πάλσαρ μετρήθηκε με ραδιοπαρατηρήσεις, η ομάδα μέτρησε την κίνηση της τροχιάς του εσωτερικού συνοδού βασιζόμενη σε οπτικές παρατηρήσεις, μετρώντας τις μετατοπίσεις Ντόπλερ του φάσματος του λευκού νάνου, με τον ίδιο τρόπο που ανακαλύφθηκαν ορισμένοι εξωπλανήτες.
Το αποτέλεσμα οποιασδήποτε απόκλισης από την βαρύτητα του Αϊνστάιν θα ήταν πολύ διακριτό, ανέφερε η ομάδα, και θα μπορούσαν να δουν αυτή την "υπογραφή" μόνο από τις μετρήσεις της κίνησης του πάλσαρ.
Δεν ανιχνεύουν καμία διαφορά μεταξύ των επιταχύνσεων του αστέρα νετρονίων και του εσωτερικού λευκού νάνου, και αν υπάρχει διαφορά, δεν θα ήταν περισσότερα από τρία μέρη στο εκατομμύριο, είπε η Archibald.
Η ομάδα έγραψε στην εργασία της (paper) της ότι προηγούμενες δοκιμές αυτής της αρχής την οποία "χρησιμοποιούν" αντικείμενα στο δικό μας ηλιακό σύστημα έχουν περιοριστεί από την ασθενή αυτοβαρύτητα (ή ιδία βαρύτητα) αυτών των σωμάτων, και οι δοκιμές που χρησιμοποιούν δυαδικά συστήματα πάλσαρ - λευκού νάνου έχουν περιοριστεί από την αδύναμη βαρυτική έλξη του Γαλαξία. Αυτή η νέα δοκιμή βελτίωσε την ακρίβεια οποιασδήποτε προηγούμενης δοκιμής βαρύτητας κατά ένα συντελεστή περίπου του δέκα.
Μια από τις πιο διάσημες δοκιμές της παγκόσμιας ελεύθερης πτώσης έγινε το 1971 όταν ο αστροναύτης Dave Scott πέταξε ένα σφυρί και ένα φτερό στη Σελήνη κατά τη διάρκεια της αποστολής Απόλλων 15. Αυτό ήταν μια αναδημιουργία ενός υποθετικού πειράματος από τον Γαλιλαίο, όπου ρίχνοντας δύο μπάλες από διαφορετικές υλικά από τον Πύργο της Πίζας τα παρατήρησε να φτάνουν στο έδαφος ταυτόχρονα.
Οι παρατηρήσεις που έγιναν από την Archibald και την ομάδα της ήταν συγκρίσιμες με αυτά τα διάσημα πειράματα του παρελθόντος;
"Πράγματι!" Είπε η Archibald. "Ο Γαλιλαίος υποστήριξε ότι δεν είχε σημασία πόσο τεράστιο ήταν το πυροβόλο όπλο ή από το τι ήταν κατασκευασμένο, η πτώση του γίνεται πάντοτε με τον ίδιο τρόπο. Φυσικά, ο αέρας της Γης είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει τα πράγματα, αλλά ο Dave Scott απέδειξε στο φεγγάρι, το οποίο δεν διαθέτει ατμόσφαιρα ότι η αρχή της ελεύθερης πτώσης των σωμάτων ισχύει, ακόμα και με ένα φτερό. Στην ουσία κάναμε ακριβώς την ίδια ερώτηση: Μήπως και το δικό μας πάλσαρ "πέφτει" με τον ίδιο τρόπο όπως ο λευκός μας νάνος αστέρας; "
Φυσικά, η Archibald και οι συνεργάτες της δεν μπορούσαν να...ρίξουν τα αστέρια από έναν πύργο, αλλά καθώς τα δύο εσωτερικά αντικείμενα κινούνται γύρω από την τροχιά τους και γύρω από τον εξωτερικό συνοδό τους, "πέφτουν" συνεχώς προς αυτόν. Εάν το πάλσαρ είχε διαφορετική επιτάχυνση από τον λευκό νάνο, η τροχιά του θα μετατοπιζόταν με τρόπο που θα μπορούσε να εντοπιστεί.
Όμως πειραματίζονταν στο ίδιο ακριβώς πράγμα: αν τα δύο αντικείμενα έπεφταν κατά τον ίδιο τρόπο.
Η Archibald πρόσθεσε ότι υπάρχει μια σημαντική διαφοροποίηση για το λόγο που το πάλσαρ και ο λευκός νάνος μπορούν να έχουν μια διαφορετική πτώση. Ενώ είναι εμφανές πολλές φορές ότι η μάζα και η σύνθεση δεν επηρεάζουν το πώς ένα αντικείμενο πέφτει, η ομάδα της δοκιμάζει κάτι διαφορετικό.
"Στη θεωρία του Αϊνστάιν, η ίδια η βαρύτητα έχει μάζα, οπότε ένα αντικείμενο με πραγματικά ισχυρή βαρύτητα μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά", δήλωσε η Archibald. "Στην πραγματικότητα, όταν έχετε ένα αντικείμενο με ισχυρή βαρύτητα, η θεωρία του Αϊνστάιν είναι σχεδόν η μόνη όπου τα αντικείμενα με ισχυρή βαρύτητα πέφτουν με τον ίδιο τρόπο όπως τα κανονικά αντικείμενα. Έτσι, γι 'αυτό έπρεπε να χρησιμοποιήσουμε ένα πάλσαρ: η απίστευτα ισχυρή βαρύτητά του είναι εκείνη που θα μπορούσε να κάνει να αποτύχει ή όχι το πείραμα του Γαλιλαίου. "
Αντί 'αυτού, αυτό το μοναδικό αυτό αστρικό σύστημα επιβεβαίωσε τόσο τη θεωρία της κίνησης του Γαλιλαίου όσο και τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν.
Όπως και για οποιεσδήποτε μελλοντικές δοκιμές, η Archibald και η ομάδα της δήλωσαν ότι η επερχόμενη συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων Square Kilometer Array, που θα δημιουργείται στη Νότια Αφρική, θα μπορούσε να ανακαλύψει και άλλα αστρικά συστήματα όπως ασυνήθιστα δυαδικά, άλλα συστήματα τριπλών αστέρων ή ένα πάλσαρ σε τροχιά γύρω από μια μαύρη τρύπα, τα οποία ίσως να "τεστάριζαν" τη θεωρία του Αϊνστάιν με αυστηρότερους περιορισμούς.
Η Archibald δήλωσε ότι και τα τρία τηλεσκόπια που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την πρόσφατη δοκιμασία της θεμελιώδους φυσικής λειτούργησαν αξιοθαύμαστα.
"Η αστρονομία είναι ένας θαυμάσιος τρόπος για να ανακαλύψετε τι υπάρχει στο Σύμπαν", δήλωσε, "αλλά αυτού του είδους η παρατήρηση είναι ο μόνος τρόπος να βελτιωθεί η κατανόησή μας για μια δύναμη τόσο θεμελιώδη όσο η βαρύτητα".
Από την NANCY ATKINSON
--------------------*--------------------
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις
ομάδες μας στο Facebook:
Πηγές υπάρχουν επίσης
και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)
Απόδοση στα Ελληνικά
: Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο,
απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com η αφήστε
μήνυμα inbox στη Σελίδα:
Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια
δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα
αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την
σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη
διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς
δωρεάν.
Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη
στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς
την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με
την πηγή του άρθρου.
Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν
υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του
άρθρου.
Για την ομάδα : @Aratosastronomy