Ilustracja artysty przedstawiająca przeciąganie klatek przez Lense-Thirring wynikające z obracającego się białego karła w podwójnym układzie gwiezdnym PSR J1141-6545.
(Zdjęcie: © Mark Myers, ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav))
Sposób, w jaki tkanina czasu i przestrzeni wiruje w kosmicznym wirie wokół martwej gwiazdy, potwierdziła kolejną prognozę z Teoria względności ogólnej Einsteina, nowe badanie stwierdza.
Ta prognoza jest zjawiskiem znanym jako przeciąganie ramek lub efekt Lense-Thirringa. Stwierdza, że czasoprzestrzeń będzie wirować wokół masywnego, obracającego się ciała. Wyobraź sobie na przykład, że Ziemia była zanurzona w miodzie. Gdy planeta się obraca, miód wokół niej wiruje - i to samo dotyczy czasoprzestrzeni.
Wykryto eksperymenty satelitarne przeciąganie ramki w polu grawitacyjnym wirującej Ziemi, ale efekt jest wyjątkowo niewielki i dlatego jego zmierzenie jest trudne. Obiekty o większych masach i silniejszych polach grawitacyjnych, takie jak białe karły i gwiazdy neutronowe, oferują większe szanse na zobaczenie tego zjawiska.
Naukowcy skupili się na PSR J1141-6545, młody pulsar o masie około 1,27 masy Słońca. Pulsar znajduje się w odległości od 10 000 do 25 000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Musca (mucha), który znajduje się w pobliżu słynnej konstelacji Krzyża Południowego.
Pulsar to szybko wirująca gwiazda neutronowa, która emituje fale radiowe wzdłuż swoich biegunów magnetycznych. (Gwiazdy neutronowe są zwłokami gwiazd, które zginęły w katastrofalnych eksplozjach znanych jako supernowe; grawitacja tych resztek jest wystarczająco silna, aby zmiażdżyć protony wraz z elektronami, tworząc neutrony.)
PSR J1141-6545 okrąża białego karła o masie mniej więcej takiej samej jak Słońce. Białe karły to supermocne rdzenie martwych gwiazd wielkości Ziemi, które pozostają po tym, jak gwiazdy średniej wielkości wyczerpią paliwo i zrzucą swoje zewnętrzne warstwy. Nasze słońce kiedyś skończy jako biały karzeł, podobnie jak ponad 90% wszystkich gwiazd w naszej galaktyce.
Pulsar krąży wokół białego karła na ciasnej, szybkiej orbicie o długości mniejszej niż 5 godzin, pędzącej w przestrzeni z prędkością około 620 000 mph (1 milion km / h), z maksymalnym odstępem między gwiazdami niewiele większymi niż nasze Słońce, badaj główny autor Vivek Venkatraman Krishnan, astrofizyk z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn, Niemcy, powiedział Space.com.
Naukowcy mierzyli, kiedy impulsy z pulsara docierały na Ziemię z dokładnością do 100 mikrosekund w ciągu prawie 20 lat, przy użyciu radioteleskopów Parkes i UTMOST w Australii. Umożliwiło im to wykrycie długotrwałego dryfu na orbitach pulsara i białego karła.
Po wyeliminowaniu innych możliwych przyczyn tego dryfu naukowcy doszli do wniosku, że był to efekt przeciągania ramki: sposób, w jaki szybko wirujący biały karzeł przyciąga czasoprzestrzeń, spowodował, że orbita pulsara powoli zmienia swoją orientację w czasie. Na podstawie poziomu przeciągania ramek naukowcy obliczyli, że biały karzeł wiruje wokół własnej osi około 30 razy na godzinę.
Poprzednie badania sugerowały, że biały karzeł uformował się przed pulsarem w tym układzie podwójnym. Jedna z prognoz takich modeli teoretycznych jest taka, że zanim pojawiła się supernowa formująca pulsar, prekursor pulsaru zrzucił na biały karzeł materię o wartości prawie 20 000 mas Ziemi w ciągu około 16 000 lat, zwiększając jej prędkość wirowania.
„Systemy takie jak PSR J1141-6545, w których pulsar jest młodszy od białego karła, są dość rzadkie”, powiedział Venkatraman Krishnan. Nowe badanie „potwierdza wieloletnią hipotezę dotyczącą tego, jak powstał ten system binarny, co zostało zaproponowane ponad dwie dekady temu”.
Naukowcy zauważyli, że wykorzystali przeciąganie ramek, aby uzyskać wgląd w obracającą się gwiazdę, która ją spowodowała. Powiedzieli, że w przyszłości mogą użyć podobnej metody do analizy podwójnych gwiazd neutronowych, aby dowiedzieć się więcej o ich wewnętrznym składzie, „który nawet po ponad 50 latach ich obserwacji nie mamy jeszcze pojęcia” Venkatraman Powiedział Krishnan. „Gęstość materii wewnątrz gwiazdy neutronowej znacznie przewyższa to, co można osiągnąć w laboratorium, więc istnieje bogactwo nowej fizyki, której można się nauczyć, stosując tę technikę do podwójnego układu gwiazd neutronowych”.
Naukowcy szczegółowo ich ustalenia dzisiaj online (30 stycznia) w czasopiśmie Science.
- Wewnątrz gwiazdy neutronowej (infografika)
- Co to są pulsary?
- Na zdjęciach: eksperyment Einsteina zaćmienie słońca w 1919 roku testuje ogólną teorię względności
