De algemene relativiteitstheorie werd opnieuw geverifieerd door een paar pulsars te observeren

Al 16 jaar voert een internationaal team van onderzoekers een experiment uit om Einsteins algemene relativiteitstheorie opnieuw ter discussie te stellen. Toen ze een paar extreme sterren met zeven radiotelescopen over de hele wereld onderzochten, observeerden ze voor het eerst nieuwe relativistische effecten. Na een reeks zeer rigoureuze tests bevestigden ze dat het gedrag van deze pulsars consistent is met de voorspellingen van Einstein.

De algemene relativiteitstheorie beschrijft het effect van het bestaan ​​van materie – energie in het algemeen – op de beweging van sterren, gegeven de principes van speciale relativiteit; In het bijzonder stelt het dat zwaartekracht geen kracht is, maar een manifestatie van de kromming van ruimtetijd. ” Als we iets heel massiefs hebben, vervormt het de ruimtetijd eromheen in grotere mate dan iets dat minder massief is. Dr. Robert Ferdman van de School of Physics van de University of East Anglia zegt:

Deze theorie kan veel verschijnselen verklaren, maar is onverenigbaar met de andere fundamentele krachten die door de kwantummechanica worden beschreven. ” Meer dan 100 jaar later zetten wetenschappers over de hele wereld hun inspanningen voort om gaten in deze theorie te vinden. “,” Verdman bevestigt. Maar tot nu toe heeft geen enkele experimentele test deze theorie kunnen weerleggen. Het waargenomen paar pulsars, PSR J0737-3039A/B genaamd, bevestigt de voorspellingen opnieuw.

Een “ongeëvenaard laboratorium” om zwaartekrachttheorieën te testen

Voor wetenschappers is het belangrijk om de algemene relativiteitstheorie zo strikt mogelijk te blijven hanteren, om de voorwaarden te kennen waaronder de relativiteitstheorie uiteenvalt. ” Het vinden van een afwijking van de algemene relativiteitstheorie zal een belangrijke ontdekking zijn die een venster zal openen naar nieuwe fysica die verder gaat dan ons huidige theoretische begrip van het universum. ‘, legt Ferdman uit. Het uiteindelijke doel is om op een dag een “theorie van alles” te ontdekken die consequent alle fundamentele natuurkrachten beschrijft. Dus een team van onderzoekers probeerde de beroemde theorie opnieuw te testen met behulp van twee pulsars.

Pulsars zijn sterren met neutronen Ze draaien heel snel om zichzelf – zeer kleine en zeer dichte sterren, ze kunnen tot 20 kilometer in diameter zijn en kunnen een massa hebben van ongeveer 2,4 zonsmassa’s. Deze objecten zenden intense elektromagnetische straling uit vanaf hun magnetische polen; Ze zenden periodiek een signaal uit, van een fractie van een milliseconde tot enkele tientallen seconden. Omdat deze “flitsen” met ongelooflijke nauwkeurigheid worden getimed, worden ze veel gebruikt door astronomen, vooral voor het onderzoeken van het interstellaire medium en het bestuderen van de zwaartekracht.

Pulsar PSR J0737-3039A/B, ontdekt in 2003, bevindt zich op ongeveer 2400 lichtjaren, is de enige dubbele pulsar die tot nu toe is geïdentificeerd. De twee zijn heel dichtbij en draaien elkaar in slechts 147 minuten om, met een snelheid van ongeveer 1 miljoen km/u. Men draait erg snel, ongeveer 44 keer per seconde; Zijn kleinere metgezel is langzamer: zijn rotatieperiode is 2,8 seconden.

Omdat deze objecten erg dicht zijn, zijn hun zwaartekrachtsvelden erg sterk, dus elk van hen kan de timing en de hoek van de pulsen van zijn buren enorm beïnvloeden. Voor experts is dit een geweldige studiekans,” Een ongeëvenaard laboratorium voor het testen van zwaartekrachttheorieën in aanwezigheid van zeer sterke zwaartekrachtvelden “,” legt Michael Kramer uit, een astronoom en astrofysicus aan het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Duitsland en directeur van dit onderzoek.

Met succes zeven “tests” van de algemene relativiteitstheorie doorstaan

Zeven gevoelige radiotelescopen – gevestigd in Australië, de VS, Frankrijk, Duitsland, Nederland en het VK – zijn gebruikt om deze dubbele pulsar te volgen. Niet alleen waren deze waarnemingen consistent met de relativiteitstheorie, het team was ook in staat om relativistische effecten te zien die nog niet eerder waren bestudeerd. De algemene relativiteitstheorie voorspelt dat licht sterk buigt wanneer fotonen het vervormde pad van de ruimtetijd volgen. Het voorspelt ook dat wanneer neutronensterren versnellen, ze zwaartekrachtsgolven uitzenden die hun baan verminderen – bekend als “orbitaal verval”. Deze twee theoretische voorspellingen zijn nu bevestigd.

Het team ontdekte dat de radiopulsen consequent later arriveren dan verwacht, en ze berekenden dat dit te wijten is aan hun afwijking van 0,04 graden vanwege de sterke kromming van de ruimtetijd rond de twee sterren. ” Zo’n experiment was nog nooit eerder gedaan in zo’n kromming van de ruimtetijd. Zegt Ingrid Steers, een astrofysicus aan de University of British Columbia in Vancouver.

De onderzoekers ontdekten ook dat pulsars orbitaal verval ondergaan als gevolg van de emissie van zwaartekrachtsgolven. ” We waren in staat om de hoeksteen van Einsteins theorie, de energie gedragen door zwaartekrachtsgolven, te testen met een 25 keer betere nauwkeurigheid dan de Nobelprijswinnende Hals-Taylor pulsar, en 1000 keer beter dan momenteel mogelijk is met een zwaartekrachtgolf. detectoren bevestigt Kramer.

In totaal waren de onderzoekers in staat om zeven algemene relativiteitstests uit te voeren, waaronder hoe de richting van de baan van de dubbele pulsar (de apsidale prelude) verandert en hoe de pulsars “ruimtetijd trainen” met hen terwijl ze roteren – een fenomeen dat de “Lens -Thering-effect”. ” Naast zwaartekrachtsgolven en lichtvoortplanting, stelt onze nauwkeurigheid ons ook in staat om het “tijddilatatie” -effect te meten dat klokken in zwaartekrachtvelden vertraagt. Voegt Dick Manchester toe, een astrofysicus voor het Australian Scientific Agency (CSIRO).

« Dit is de meest rigoureuze test van Einsteins theorie tot nu toe, en het zet de standaard voor toekomstige experimenten [opérer] In termen van de nauwkeurigheid van de test van de algemene relativiteitstheorie in welke zin dan ook ’”, vat Ferdman samen. In de komende jaren, naarmate er krachtigere telescopen verschijnen, zal de zwaartekrachttest ongetwijfeld nauwkeuriger worden en kunnen wetenschappers uiteindelijk een maas in de relativiteitstheorie vinden.

bron : Fysieke beoordeling X, Kramer M. et al.