Jedno od predviđanja u Einsteinovoj opštoj teoriji relativnosti je da bilo koje rotirajuće tijelo pomiče samo tkivo prostora-vremena oko sebe. Ovaj fenomen poznat je pod nazivom „povlačenje okvira“.
U svakodnevnom životu povlačenje i ispuštanje okvira nije važno jer je učinak nevjerovatno mali. Da bi se otkrio ovaj efekt, uzrokovan čitavom rotacijom Zemlje, potrebni su sateliti poput “gravitacijske sonde B” od 750 miliona dolara, koja je otkrivala kutne promjene u žiroskopima jednake jednom stepenu svakih 100 000 godina ili tako nekako.
Srećom po nas, u univerzumu postoji mnogo laboratorija prirodne gravitacije u kojima fizičari mogu promatrati Einsteinova predviđanja u punom sjaju.
Zakrivljenost prostora – vremena. (Mark Myers / OzGrav ARC centar izvrsnosti)
Studija tima naučnika, objavljena u časopisu Science, otkriva dokaze o povlačenju i ispuštanju okvira u znatno uočljivijim razmerama pomoću radio-teleskopa i jedinstvenog para kompaktnih zvezda koje kruže jedna oko druge vratolomnom brzinom.
Kretanje ovih zvijezda moglo je zbuniti astronome u Newtonovo vrijeme, jer se oni očito kreću u zakrivljenom svemirskom vremenu, a Einsteinova opća teorija relativnosti potrebna je da objasni njihove putanje.
Opšta relativnost je temelj moderne teorije gravitacije. To objašnjava precizno kretanje zvijezda, planeta i satelita, pa čak i protok vremena. Jedno od njenih manje poznatih predviđanja je da rotirajuća tijela vuku prostor-vrijeme zajedno sa sobom. Što se objekt brže okreće i što je masivniji, to je primjetniji pomak u prostoru-vremenu.
Jedna vrsta predmeta je bijeli patuljak. To su ostaci mrtvih zvijezda koje su nekada bile nekoliko puta veće od mase našeg Sunca, ali su iscrpile svoje vodikovo gorivo.
Ono što ostaje slične je veličini sa Zemljom, ali stotine hiljada puta masivnije. Bijeli patuljci se također mogu vrlo brzo okretati, praveći potpunu revoluciju svake minute ili dvije, umjesto 24 sata poput Zemlje.
Vučenje koje uzrokuje takav bijeli patuljak bilo bi oko 100 miliona puta moćnije od Zemljinog.
To je sve u redu, ali ne možemo letjeti do bijelog patuljka i oko njega lansirati satelite. Srećom, priroda je ljubazna prema astronomima i ima svoj način da nam omogući da ih posmatramo kroz zvijezde u orbiti koje se nazivaju pulsari.
Prije dvadeset godina, radio teleskop CSIRO Parkes otkrio je jedinstveni zvjezdani par koji se sastoji od bijelog patuljka (veličine Zemlje, ali oko 300.000 puta težeg) i radio pulsara (veličine malog grada, ali 400.000 puta težeg od Zemlje).
U odnosu na bijele patuljke, pulsari su uglavnom na drugom nivou. Oni nisu napravljeni od običnih atoma, već neutroni stisnuti, čineći ih nevjerovatno gustima. Štoviše, pulsar se okreće 150 puta u minuti.
To znači da 150 puta u minuti „zracni snop“ radio talasa koji emituje ovaj pulsar prođe pored naše tačke gledanja ovdje na Zemlji. Ovo možemo koristiti za crtanje putanje pulsara dok se okreće oko bijelog patuljka, na osnovu vremena kada njegov puls doseže naš teleskop i znajući brzinu svjetlosti. Ova metoda je pokazala da dvije zvijezde kruže jedna oko druge za manje od 5 sati.
Ovaj par, službeno nazvan PSR J1141-6545, idealna je gravitacijska laboratorija. Od 2001. godine naučnici su nekoliko puta godišnje putovali u CSIRO Parkes kako bi mapirali orbitu ovog sistema, koji pokazuje mnoge Einsteinove gravitacijske efekte.
Iako je PSR J1141-6545 udaljen nekoliko stotina kvadriliona kilometara (kvadrilion – milion milijardi), znamo da se pulsar okreće 2,5387230404 puta u sekundi i da mu je orbita u ravnoteži.
To znači da ravnina njegove orbite nije fiksna, već se polako rotira.
Kako je nastao ovaj sistem?
Kada se pojave parovi zvijezda, najmasivnija prva umre, često stvarajući bijelog patuljka. Prije nego što druga zvijezda umre, ona prenosi materiju na svog saputnika.
Bijeli patuljak koji se okreće upijajući materiju od svog pratioca. (ARC centar izvrsnosti za otkrivanje gravitacionih valova)
Disk nastaje kad ovaj materijal padne prema bijelom patulju i ubrzava bijelog patuljka desetinama hiljada godina.
U rijetkim prilikama poput ove, druga zvijezda može eksplodirati u supernovu, ostavljajući za sobom pulsar. Bijeli patuljak koji se brzo okreće vuče prostor-vrijeme sa sobom, uzrokujući nagib orbite pulsara. Ovaj nagib je ono što smo primijetili na našem mapiranju pulsarove orbite.
I sam Einstein smatrao je da mnoga njegova predviđanja o prostoru i vremenu nikada neće biti otkrivena. Ali u posljednjih nekoliko godina dogodila se revolucija u ekstremnoj astrofizici, uključujući otkrivanje gravitacionih valova i slika crne rupe korištenjem svjetske mreže teleskopa.
Matthew Bales, istraživač ARC-a, Tehnološki univerzitet Swinburne, istraživač Instituta Max Planck.
Ovaj članak objavio je The Conversation.
Izvori: Foto: Mark Myers / OzGrav ARC Centar izvrsnosti / Swinburne University of Technology
