Yksi Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennusteista on, että mikä tahansa pyörivä runko siirtää itse aika-ajan kangasta itsensä ympärille. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä “kehyksen vetäminen”.
Jokapäiväisessä elämässä kehysten vetäminen ja pudottaminen on merkityksetöntä, koska vaikutus on uskomattoman pieni. Tämän maapallon koko pyörimisen aiheuttaman vaikutuksen havaitseminen vaatii satelliitteja, kuten 750 miljoonan dollarin “Gravity Probe B”, joka on havainnut gyroskooppien kulmamuutokset, jotka vastaavat yhtä astetta noin 100 000 vuoden välein.
Meille onneksi maailmankaikkeudessa on monia luonnollisen painovoiman laboratorioita, joissa fyysikot voivat tarkkailla Einsteinin ennusteita kaikessa loistossaan.
Aika-ajan kaarevuus. (Mark Myers / OzGrav ARC: n huippuyksikkö)
Tutkijaryhmän tutkimus, joka julkaistiin Science-lehdessä, paljastaa todisteita kehysten vetämisestä ja pudottamisesta paljon näkyvämmässä mittakaavassa käyttäen radioteleskooppia ja ainutlaatuista paria kompakteja tähtiä, jotka kiertävät toisiaan hämmästyttävällä nopeudella.
Näiden tähtien liike olisi voinut hämmästyttää tähtitieteilijöitä Newtonin aikoina, koska ne liikkuvat selvästi kaarevassa avaruudessa, ja Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa tarvitaan heidän liikeratojensa selittämiseen.
Yleinen suhteellisuusteoria on nykyaikaisen painovoiman teorian perusta. Tämä selittää tähtien, planeettojen ja satelliittien tarkan liikkeen ja jopa ajan kulumisen. Yksi hänen vähemmän tunnetuista ennusteistaan on, että pyörivät kappaleet vetävät aika-aikaa mukanaan. Mitä nopeammin esine pyörii ja mitä massiivisempi se on, sitä havaittavampi aika-ajan muutos.
Yksi tyypin esine on valkoinen kääpiö. Nämä ovat jäänteitä kuolleista tähdistä, jotka olivat kerran useita kertoja Auringomme massaa, mutta ovat kuluttaneet vetypolttoaineensa.
Jäännökset ovat kooltaan samanlaisia kuin Maa, mutta satoja tuhansia kertoja massiivisempia. Valkoiset kääpiöt voivat myös pyöriä hyvin nopeasti, mikä tekee täydellisen vallankumouksen joka minuutti tai kaksi, eikä 24 tuntia kuin Maa.
Tällaisen valkoisen kääpiön aiheuttama vetäminen olisi noin 100 miljoonaa kertaa voimakkaampi kuin maapallon.
Se on kaikki hyvin, mutta emme voi lentää valkoisen kääpiön luo ja laukaista satelliitteja sen ympärille. Onneksi luonto on tähtitieteilijöille ystävällinen ja sillä on oma tapansa sallia meidän tarkkailla heitä kiertävien tähtien kautta, joita kutsutaan pulsseiksi.
Kaksikymmentä vuotta sitten CSIRO Parkesin radioteleskooppi löysi ainutlaatuisen tähtiparin, joka koostui valkoisesta kääpiöstä (maapallon kokoinen, mutta noin 300 000 kertaa painavampi) ja radiopulsarista (pienen kaupungin kokoinen, mutta 400 000 kertaa raskempi kuin maa).
Valkoisiin kääpiöihin verrattuna pulsarit ovat yleensä eri tasolla. Ne eivät ole tavallisia atomeja, vaan neutronit, jotka on puristettu yhteen, mikä tekee niistä uskomattoman tiheitä. Lisäksi pulsari pyörii 150 kertaa minuutissa.
Tämä tarkoittaa, että 150 kertaa minuutissa tämän pulsarin lähettämä radioaaltojen 'majakasäde' pyyhkäisee näköpisteemme ohitse täällä maapallolla. Voimme käyttää tätä piirtämään pulsarin polun, kun se pyörii valkoisen kääpiön ympärillä, perustuen aikaan, jolloin sen pulssi saavuttaa kaukoputkemme, ja tietäen valon nopeuden. Tämä menetelmä osoitti, että kaksi tähteä kiertää toisiaan alle 5 tunnissa.
Tämä virallinen nimi PSR J1141-6545 on ihanteellinen painovoimalaboratorio. Vuodesta 2001 tutkijat ovat matkustaneet CSIRO Parkesiin useita kertoja vuodessa kartoittamaan tämän järjestelmän kiertorataa, mikä osoittaa monia Einsteinin painovoimaefektejä.
Vaikka PSR J1141-6545 on useita satoja kvadriljoonia kilometrejä (kvadriljoona – miljoonaa miljardia), tiedämme, että pulsari pyörii 2,5387230404 kertaa sekunnissa ja että sen kiertorata on tasapainossa.
Tämä tarkoittaa, että sen kiertoradan taso ei ole kiinteä, vaan pyörii hitaasti.
Kuinka tämä järjestelmä syntyi?
Kun syntyy tähtipareja, massiivisin kuolee ensin ja luo usein valkoisen kääpiön. Ennen kuin toinen tähti kuolee, se siirtää ainetta toverilleen.
Valkoinen kääpiö pyöri imemällä ainetta seuralaiseltaan. (ARC: n painovoima-aaltojen löytämisen huippuyksikkö)
Levy muodostuu, kun tämä materiaali putoaa kohti valkoista kääpiötä, ja se kiihdyttää valkoista kääpiötä kymmeniä tuhansia vuosia.
Harvinaisissa tilanteissa, kuten tämä, toinen tähti voi räjähtää supernovaksi jättäen taakseen pulsarin. Nopeasti pyörivä valkoinen kääpiö vetää avaruusaikaa mukanaan ja saa pulsarin kiertoradan kallistumaan. Tämä kallistus on se, mitä havaitsimme kartoittamalla pulsarin kiertorataa.
Einstein itse ajatteli, että monia hänen ennusteistaan avaruudesta ja ajasta ei koskaan löydetä. Mutta viime vuosina äärimmäisessä astrofysiikassa on tapahtunut vallankumous, mukaan lukien gravitaatioaaltojen löytäminen ja mustan aukon kuvia käyttämällä maailmanlaajuista teleskooppiverkostoa.
Matthew Bailes, ARC-tutkija, Swinburnen teknillinen yliopisto, Max Planck -instituutin tutkija.
Tämän artikkelin on julkaissut The Conversation.
Lähteet: Kuva: Mark Myers / OzGrav ARC: n huippuyksikkö / Swinburne University of Technology
