Ілюстрація художником перетягування кадрів Lense-Thirring, що виникає внаслідок обертового білого карлика в двійковій зірковій системі PSR J1141-6545.
(Зображення: © Марк Майєрс, Центр досконалості для виявлення гравітаційних хвиль (OzGrav))
Те, як тканина простору і часу закручується в космічному вихорі навколо мертвої зірки, підтвердило ще одне передбачення Теорія загальної відносності Ейнштейна, нове дослідження виявляє.
Це передбачення - це явище, відоме як перетягування кадрів або ефект тривоги. У ньому сказано, що простір-час буде крутитися навколо масивного обертового тіла. Наприклад, уявіть, що Земля була занурена в мед. Коли планета оберталася, мед навколо неї б закручувався - і те саме стосується простору-часу.
Супутникові експерименти виявлено кадр перетягування в гравітаційному полі обертової Землі, але ефект надзвичайно малий і, отже, важко виміряти. Об'єкти з більшою масою та потужнішими гравітаційними полями, такі як білі карлики та нейтронні зірки, дають кращі шанси побачити це явище.
Вчені зосередили увагу на PSR J1141-6545, молодому пульсарі, що приблизно в 1,27 рази перевищує масу Сонця. Пульсар розташований на відстані 10 000 - 25 000 світлових років від Землі в сузір'ї Муска (муха), що знаходиться поблизу знаменитого сузір'я Південного Хреста.
Пульсар - це нейтронна зірка, що швидко обертається, що випромінює радіохвилі вздовж своїх магнітних полюсів. (Нейтронні зірки - трупи зірок, які загинули в катастрофічних вибухах, відомих як наднови; сила тяжіння цих залишків досить потужна, щоб розчавити протони разом з електронами, утворюючи нейтрони.)
PSR J1141-6545 обводить білого карлика з масою, приблизно такою ж, як у сонця. Білі карлики - це надмірні ядра мертвих зірок розміру Землі, які залишаються позаду після того, як зірки середнього розміру вичерпали паливо та пролили свої зовнішні шари. Наше сонечко одного дня закінчиться білим карликом, як і більше 90% усіх зірок у нашій галактиці.
Пульсар обертається навколо білого карлика на тісній, швидкій орбіті довжиною менше 5 годин, пробігаючи через космос близько 620 000 миль / год (1 мільйон км / год), з максимальним відривом між зірками ледь більше, ніж розмір нашого сонця, Про це розповів головний автор Вівек Венкатраман Кришнан, астрофізик з Інституту радіоастрономії Макса Планка в Бонні, Німеччина.
Дослідники вимірювали, коли імпульси пульсара прибувають на Землю з точністю протягом 100 мікросекунд протягом періоду майже 20 років, використовуючи радіотелескопи Parkes та UTMOST в Австралії. Це дозволило їм виявити довготривалий дрейф, коли пульсар та білий карлик орбітують один з одним.
Усунувши інші можливі причини цього дрейфу, вчені дійшли висновку, що це результат перетягування кадру: те, як швидко крутяться білі гноми в просторі-часі призвели до того, що орбіта пульсара з часом повільно змінювала свою орієнтацію. Виходячи з рівня перетягування кадрів, дослідники підрахували, що білий карлик кружляє на своїй осі приблизно 30 разів на годину.
Попередні дослідження показали, що білий карлик сформувався перед пульсаром у цій бінарній системі. Одне передбачення таких теоретичних моделей полягає в тому, що перед тим, як сталася сверхнова, що утворює пульсар, прародитель пульсару протягом майже 16 000 років скинув майже 20 000 маси Землі на білого карлика, посилюючи його швидкість віджиму.
"Такі системи, як PSR J1141-6545, де пульсар молодший за білого карлика, є досить рідкісними", - сказав Венкатраман Крішнан. Нове дослідження "підтверджує давню гіпотезу про те, як виникла ця бінарна система, що було запропоновано понад два десятиліття тому".
Дослідники відзначали, що вони використовували перетягування кадрів, щоб зрозуміти обертову зірку, яка її викликала. В майбутньому, за їхніми словами, вони можуть скористатися аналогічним методом для аналізу бінарних зірок нейтронів, щоб дізнатися більше про їхній внутрішній склад, "який, навіть після більш ніж 50 років спостереження за ними, ми ще не маємо справи", Венкатраман - сказав Крішнан. "Щільність речовини всередині нейтронної зірки набагато перевищує те, що можна досягти в лабораторії, тому існує велика кількість нової фізики, яку можна вивчити, використовуючи цю техніку для подвійного нейтронного зоряного контролю".
Вчені докладно їхні висновки онлайн сьогодні (30 січня) у журналі Science.
- Всередині нейтронної зірки (інфографіка)
- Що таке пульсари?
- На фотографіях: Ейнштейнський експеримент із затемненням сонячного затемнення 1919 р. Випробовує загальну відносність
