Новые измерения солнечного спектра подтверждают общую теорию относительности Эйнштейна
Международная группа исследователей под руководством Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) с беспрецедентной точностью измерила гравитационное красное смещение Солнца, изменение частоты линий в солнечном спектре, которое возникает, когда свет выходит из гравитационного поля Солнца на пути к Земле.
Новая работа подтверждает одно из предсказаний общей теории относительности Эйнштейна и должна быть опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Общая теория относительности ввела новую концепцию пространства и времени, показав, что массивные объекты вызывают искажение пространства-времени, которое ощущается как гравитация.
Таким образом, теория Эйнштейна предсказывает, например, что свет движется по изогнутым путям возле массивных объектов, и одним из следствий этого является наблюдение Креста Эйнштейна, четырех разных изображений далекой галактики, которая находится позади более близкого массивного объекта и свет которой искажается им.
Другими хорошо известными эффектами общей теории относительности являются наблюдаемое постепенное изменение орбиты Меркурия из-за искривления пространства-времени вокруг «массивного» Солнца или гравитационное красное смещение, смещение красных линий в спектре Солнца из-за его гравитационного поля.
Гравитационное красное смещение — важный эффект для спутниковых навигационных систем, таких как GPS, которые не работали бы, если бы общая теория относительности не была включена в уравнения.
Этот эффект зависит от массы и радиуса астрономического объекта, поэтому, даже если он больше для Солнца, чем для Земли, его все еще трудно измерить в солнечном спектре.
В 1920 году Эйнштейн писал: «Для Солнца предсказанное теоретическое красное смещение составляет примерно две миллионных части длины волны. Существует ли этот эффект на самом деле — вопрос открытый, и в настоящее время астрономы прилагают все усилия, чтобы разрешить его. Для Солнца его существование очень трудно определить, потому что эффект чрезвычайно мал».
Для его измерения ученые использовали наблюдения солнечного спектра, отраженного от Луны, полученные с помощью прибора HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher) с использованием новой технологии лазерной частотной гребенки.
«Объединив точность прибора HARPS с технологии лазерной частотной гребенки, мы смогли с высокой точностью измерить положение линий железа в солнечном спектре», — объясняет Джонай Гонсалес Эрнандес, исследователь Рамона-и-Кахала из IAC и первый автор статьи.
«Это позволило нам проверить одно из предсказаний общей теории относительности Эйнштейна, гравитационное красное смещение, с точностью до нескольких метров в секунду».
González Hernández, J. I., Rebolo, R., Pasquini, L., et al. «The solar gravitational redshift from HARPS-LFC Moon spectra. A test of the General Theory of Relativity.» A&A, 2020: arXiv_2009.10558: arxiv.org/pdf/2009.10558.pdf