Трио мертвых звезд поддерживает теорию гравитации Эйнштейна

Наблюдения трио мертвых звезд подтвердили, что фундамент теории гравитации Эйнштейна справедлив даже для ультрарадиционных объектов с сильными гравитационными полями.

Комплексное взаимодействие трех звезд соответствует правилу, известному как принцип сильной эквивалентности, сообщили исследователи 10 января на собрании Американского астрономического общества. Это соглашение ограничивает теории, которые предсказывают теорию Эйнштейна — общую теорию относительности, на некотором уровне.

Согласно общей теории относительности композиция объекта не влияет на то, как гравитация влияет на него: гравитация Земли ускоряет сферу железа с той же скоростью, что и сферу свинца. Это то, что известно как принцип слабой эквивалентности. Множество экспериментов подтвердило этот принцип — начиная с теста Галилея о падении шаров из Пизанской башни.

Но принцип сильной эквивалентности более строгий и трудный для тестирования, чем его более слабая версия. В соответствии с принципом сильной эквивалентности не только разные материалы падают с одинаковой скоростью, но и энергия, связанная в гравитационных полях. Это означает, что невероятно плотный массивный объект с соответствующим сильным гравитационным полем должен падать с тем же ускорением, что и другие объекты.

«Мы спрашиваем:« Как действует гравитация? », — говорит астроном Энн Арчибальд из Амстердамского университета, который представил предварительный результат на встрече. «Это звучит странно, но Эйнштейн говорит, что энергия и масса одинаковы». Это означает, что энергия, связанная в гравитационном поле, может падать так же, как и масса. Если бы был нарушен принцип сильной эквивалентности, объект с интенсивным гравитационным полем падал бы с другим ускорением, чем объект с более слабым полем.

Чтобы проверить эту теорию, ученые измерили время сигнала от пульсара — вращающейся, разрушенной звезды, которая испускает лучи электромагнитного излучения, которые проходят через Землю через регулярные промежутки времени. Рассматриваемый пульсар, PSR J0337 + 1715, является не просто пульсаром: у него есть два спутника — белые карлики.

Если соблюдается принцип сильной эквивалентности, пульсар и белый карлик должны падать с одинаковой скоростью в гравитационном поле второго белого карлика. Но если пульсар с его интенсивным гравитационным полем упал быстрее к самому большому белому карлику, чем его ближайший спутник, орбита пульсара будет тянута к самому большому белому карлику, прослеживая путь в форме вращающегося эллипса.

Ученые могут использовать синхронизацию сигналов пульсара, чтобы вывести его орбиту. Например, пульсар удаляется от Земли, его импульсы немного отстают от обычного ритма. Поэтому, если орбита J0337 + 1715 изменяется, сигналы, полученные на Земле, в результате будут регулярно изменяться по времени. Арчибальд и его коллеги не видели такой вариации. Это означает, что пульсар и белый карлик должны иметь соответствующие ускорения с точностью до 0,16 тысячных процента.

Многие физики ожидают, что сильный принцип эквивалентности будет нарушен на каком-то уровне. Общая теория относительности не хорошо сочетается с квантовой механикой, теорией, которая царит на очень небольших масштабах. Коррекции общей теории относительности, которые пытаются объединить эти теории, как правило, приводят к нарушению принципа сильной эквивалентности, говорит физик Клиффорд Уилл из Университета Флориды в Гейнсвилле, который не участвовал в исследовании.

Сильный принцип эквивалентности может по-прежнему терпеть неудачу на уровнях, слишком малых для этого теста. Таким образом, дверь остается открытой для корректировки общей теории относительности. Но новое измерение сдерживает многие такие возможные корректировки лучше, чем любое предыдущее. Результат «действительно потрясающий», — говорит Уилл. Это «большое улучшение в этом классе теорий … вот почему эта тройная система настолько прекрасна».