Космос для не космонавтов - Денис Игоревич Юшин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Новое исследование показало, что этот постулат справедлив даже для сильно самогравитирующихся объектов, таких как нейтронные звёзды. Измерения были записаны совместной группой из Университета Манчестера, парижской обсерватории и Института радиоастрономии Макса Планка.
Специалисты изучили данные о трио, состоящем из двух белых карликов и пульсара. В этом трио пульсар и первый белый карлик вращаются друг вокруг друга (на расстоянии в 10 раз ближе чем Меркурий к Солнцу) и в то же время – вокруг второго белого карлика. Последний расположен на расстоянии немного дальше, чем Солнце от системы Земля – Луна.
Авторская визуализация пульсара и его ближайшего спутника – белого карлика с их орбитами и вторым спутником на заднем плане. Не в масштабе. © Guillaume Voisin CC BY-SA 4.0
Казалось бы, в подобной схеме нет ничего удивительного. Аналогично Земля с Луной вращаются вокруг Солнца. Но тут всё дело в массах объектов, и в частности пульсара «PSR J0337+1715». При диаметре всего 25 км он имеет массу в 1,44 раза больше массы Солнца. Предполагалось, что этот пульсар может больше гравитационно воздействовать на белого карлика, находящегося с ним в непосредственной близости и одной связке, чем второй белый карлик. При этом согласно данной гипотезе различалось бы воздействие и второго белого карлика на каждый из оставшихся компонентов.
Как были получены данные?
Пульсар испускает пучок радиоволн, который проносится сквозь пространство. При каждом повороте это создает вспышку радиоизлучения, которая с очень высокой точностью фиксируется радиотелескопом. Когда пульсар движется по своей орбите, время прихода света на Землю смещается, согласно определённому закону. Именно точные измерения и математическое моделирование этих пучков радиоизлучения, вплоть до наносекунды, позволили учёным делать выводы о движении звезды с исключительной точностью. В итоге был зафиксирован аналог эксперимента Галилея космических масштабов. Два тела разных состава и массы падают с одинаковым ускорением в гравитационном поле третьего.
Таким образом, универсальность свободного падения, описанная в ОТО, была подтверждена с уровнем достоверности 95 %. Она справедлива даже в присутствии объекта, масса которого в значительной степени обусловлена его собственным гравитационным полем. А это, в свою очередь, в очередной раз подтверждает и саму ОТО.
Одно из последних доказательств теории относительности
Во время наблюдений за уникальной двойной звездой PSR J1141-6545 в созвездии Мухи астрономы зафиксировали искажение ткани пространства-времени вокруг быстро вращающегося белого карлика. Они смогли наблюдать «качание» орбиты пульсара, вращающегося вокруг этого карлика, примерно на 150 км в стороны. Этот эффект, как вы уже поняли, объясняется теорией относительности как искривление ткани пространства-времени вокруг быстро вращающегося массивного объекта.
Уникальность системы PSR J1141-6545 заключается в том, что белый карлик вращается невероятно быстро. Благодаря рекордно малому расстоянию между компонентами пульсар движется по орбите соседа с огромной скоростью в 1 млн км/ч.
Всё это просто не могло не привести к проявлению релятивистских эффектов. Поэтому астрономы и начали свои наблюдения в поисках проявления одного конкретного эффекта Лензе – Тирринга, релятивистского аналога силы Кориолиса, но закручивающего само пространство.
Результаты исследования максимально точны (V. Venkatraman Krishnan, 2020). Так, специалисты измерили скорость импульсов от пульсара до Земли с точностью до 100 мс за 200 лет, используя радиотелескопы Parkes и Extreme в Австралии.
Чёрные линии показывают радиоконтуры, треугольник указывает на пульсар PSR J1833-0827. Небольшая вставка показывает функцию разброса точек инструмента с учётом сглаживания, применённого к изображению
По результатам этих замеров и был обнаружен дрейф осей вращения компонентов этой двойной системы. Исключив последовательно все возможные причины этого дрейфа, специалисты пришли к выводу, что он является результатом перетаскивания кадров. То есть быстро вращающийся массивный белый карлик тянет пространство-время, закручивая его в сторону своего вращения. В результате наклон орбиты пульсара медленно меняется из-за упомянутого выше эффекта Лензе – Тирринга.
Вы только представьте: пространство может искривляться под действием массы! Результаты этого исследования в очередной раз подтвердили теорию относительности. Помимо прочего, они помогут в изучении других пульсаров и белых карликов. Как знать, возможно это новый шажок на пути к освоению Вселенной.
Верна ли общая теория относительности Эйнштейна?
Если у вас ещё остались сомнения, значит, я, видимо, не очень доходчиво рассказал о доказательствах, подтверждающих её. Предлагаю закрепить эту тему перед тем, как перейти к гравитационным волнам.
ОТО по своей сути является геометрической теорией тяготения. В ней постулируется тот факт, что гравитация – не сила, как описывал Ньютон, а результат деформации самого́ пространства-времени. Основное отличие от других метрических теорий тяготения даёт уравнение Эйнштейна, описывающее связь кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей (нет, это не эфир).
На сегодня ОТО – самая успешная теория гравитации, многократно подтверждённая экспериментально. Перечислю основные подтверждения.
Принцип соответствия
Этот принцип гласит, что любая новая научная теория должна включать старую теорию (проверенную и подтверждённую) и её результаты как частный случай.
Так, следствия специальной теории относительности в рамках малых скоростей полностью соответствуют выводам классической механики.
Общая теория относительности, частным случаем которой является СТО, даёт те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях и малых значениях гравитационного потенциала.
Отклонение луча света в поле Солнца
Одним из косвенных экспериментов, подтверждающих ОТО, служит отклонение луча света в поле Солнца.
Суть эксперимента такова. Мы точно знаем, когда звезда должна скрываться за Солнцем. Фиксируем время, когда звезда покидает зону видимости, и извлекаем угол отклонения луча света от прямой.
Эти эксперименты проводятся регулярно во время полных солнечных затмений. С 1919 года данное явление многократно подтвердили, во-первых, астрономические наблюдения звёзд во время полных затмений Солнца. А во-вторых, радиоинтерферометрические наблюдениями квазаров, проходящих вблизи Солнца во время его пути по эклиптике. Дополненным подтверждением ОТО является тот факт, что даже из ньютоновской корпускулярной теории света вытекает отклонение луча в поле Солнца.
Запаздывание сигнала в поле Солнца
Для проведения эксперимента на Венеру и Меркурий во время их приближения к диску Солнца астрономы посылали сигналы (радиолокация), а затем регистрировали время их прихода обратно. Чем ближе к диску Солнца находились планеты, тем дольше шёл сигнал. Всё очень просто и безвариантно.
Гравитационное линзирование
С эффектом гравитационной линзы никто не спорит. Впервые он был описан именно в ОТО, а в 1979 году вокруг такой линзы наблюдались две туманности с абсолютно одинаковым
