С помощью предельно высокоточных измерений пульсара, вращающегося вокруг орбиты Белого карлика, астрономы открыли, что гравитационная постоянная, которая определяет силу притяжения, «обнадеживающе постоянна» во всей Вселенной.
Давно считалось, что гравитационная постоянная (или просто "G") одинакова во всей Вселенной, так же, как и скорость света в вакууме и постоянная Планка - известные универсальные постоянные. Но как мы можем быть уверены в этом?
В прошлом ученые отражали лазеры от Луны, чтобы определить ее расстояние до Земли, приближаясь к точному измерению G. А сейчас ученые, используя радиотелескоп Грин-Бэнк в Западной Виргинии и обсерваторию Аресибо в Пуэрто-Рико, детально рассмотрели Солнечную систему и зафиксировали устойчивые вспышки излучения, вырабатываемого вращающейся нейтронной звездой или пульсаром, которые отдалены на тысячи световых лет.
Пульсары - это космические часы нашей Вселенной. Они являются древними остатками крупных звезд, которые погасли, пережили вспышку сверхновой и сейчас состоят из очень плотной, деградирующей материи менее 32 км в диаметре. Пульсары также обладают мощными магнитными полями, которые могут генерировать чрезвычайно коллимированные лучи радиоизлучений. Каждый раз, когда пульсар вращается, полярные лучи могут направляться к Земле, и фиксируются в виде пульсации: подобно тому, как вспышка маяка мелькает на расстоянии.
Для измерения времени эта пульсация абсолютно эталонная. Астрономы наблюдают за этими объектами, как за самыми точными хронометристами во Вселенной, конкурирующими с наиболее передовыми атомными часами, которые есть у нас на Земле.
Теперь, изучая один из особых пульсаров под названием PSR J1713+0747, астрономы сделали самые точные измерения G вне Солнечной системы.
"Сверхъестественная постоянность этих звездных остатков дала интригующие свидетельства того, что фундаментальная сила гравитации - "большая G физики" - остается неизменной по всему пространству", - утверждает астроном Вайвэй Чжу, бывший сотрудник Университета Британской Колумбии в Канаде, в пресс-релизе НРАО. "Это наблюдение имеет важные последствия для космологии и некоторых фундаментальных сил физики".
Чжу - ведущий автор нового исследования, публикующегося в "Astrophysical Journal".
PSR J1713+0747 - это идеальная лаборатория для изучения некоторых из наиболее фундаментальных величин пространства, времени и относительности. Во-первых, он имеет уникальную широкую орбиту вокруг белого карлика. У пульсара уходит 68 дней, чтобы сделать полный круг. Он также невероятно яркий - один из наиболее ярких известных пульсаров. Как двойная звезда система теряет совсем крошечное количество энергии через гравитационные волны - явления, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна.
Их широкая и устойчивая орбита означает, что эта потеря энергии, будучи крайне маленькой, имеет незначительное влияние на орбиту пульсара, что делает его главной мишенью для любых наблюдений за гравитацией. (При более компактной орбите тратилось бы больше энергии для отделения от системы с помощью гравитационных волн, создавались бы ошибки в измерениях характеристики орбиты пульсара.)
Таким образом, теперь мы можем точно измерить гравитационный характер этой звездной системы. Почему это важно?
Двойная звездная система пульсара и белого карлика находится на расстоянии 3750 световых лет от Земли, и значение G, полученное через 21 год радионаблюдений, практически полностью совпадает с наиболее точными измерениями G, полученными из нашей Солнечной системы. Таким образом, выходит (по крайне мере в этом тесте), что G постоянна во всей известной нам Вселенной.
"Гравитация – это сила, которая связывает звезды, планеты и галактики вместе", - сказал астроном и соавтор Скотт Рэнсом из Национальной радиоастрономической обсерватории (НРАО). "Хотя на Земле оно кажется постоянным, существуют некоторые теории в космологии, в которых предполагается, что притяжение может изменяться в другом времени или в других уголках Вселенной".
"Эти результаты - новые и старые - позволяют нам достаточно уверенно исключить, вероятность существования "особых" времен или мест с другим гравитационным поведением", - сказал астроном и соавтор Ингрид Стэйрс, также из университета Британской Колумбии в Канаде. "Теории гравитации, которые отличаются от общей теории относительности, часто делают такие прогнозы, и мы поставили новые рамки на параметры, описывающие эти теории".
"Гравитационная постоянная - это фундаментальная константа физики, поэтому важно проверить это общее предположение, используя объекты в разных местах, временах и условиях тяготения", - добавил Чжу. "Факт того, что мы видим, что гравитация ведет себя одинаково, как в нашей Солнечной системе, так и в системах отдаленных звезд, подтверждает, что гравитационная постоянная на самом деле универсальна".
Интересно, что мы в ближайшее время получим еще одну "лабораторию теории относительности", когда всемирная программа Event Horizon Telescope (EHT), начнет получать высокоточные данные, возможно к концу этого года.
EHT - это глобальный интерферометр распределенной радиоантенны, записывающей данные из сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, известной как Стрелец А * (или Sgr A *). Астрономы готовятся впервые заглянуть в лабораторию сильной гравитации, открывающую наиболее экстремальную гравитационную среду, известную на сегодняшний день, и потенциально - открывая физику за рамками общей теории относительности.
Интересно посмотреть, останется ли значение G постоянным даже на краю видимости Event Horizon...
