เวลาอวกาศหมุนรอบดาวฤกษ์ที่ตายแล้วพิสูจน์ไอน์สไตน์อีกครั้ง

Send

ภาพประกอบของศิลปินเกี่ยวกับการลากเฟรม Lense-Thirring เป็นผลมาจากการหมุนของดาวแคระขาวในระบบดาวคู่ PSR J1141-6545

(ภาพ: © Mark Myers ศูนย์ความเป็นเลิศ ARC สำหรับการค้นพบคลื่นแรงโน้มถ่วง (OzGrav))

วิธีที่โครงสร้างของอวกาศและเวลาหมุนวนในจักรวาลหมุนวนรอบดาวฤกษ์ที่ตายแล้วได้ยืนยันการทำนายอีกครั้งจาก ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einsteinการศึกษาใหม่พบว่า

การทำนายนั้นเป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในชื่อการลากเฟรมหรือเอฟเฟกต์เลนส์ - Thirring มันบอกว่าเวลาอวกาศจะปั่นไปรอบ ๆ ร่างที่ใหญ่และหมุนได้ ตัวอย่างเช่นจินตนาการว่าโลกจมอยู่ในน้ำผึ้ง เมื่อดาวเคราะห์หมุนตัวน้ำผึ้งที่อยู่รอบ ๆ มันก็จะหมุนวน - และมันก็เหมือนจริงกับอวกาศ - เวลา

ตรวจพบการทดลองดาวเทียม การลากเฟรมในสนามโน้มถ่วงของการหมุนโลกแต่เอฟเฟกต์มีขนาดเล็กเป็นพิเศษดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่ท้าทายในการวัด วัตถุที่มีมวลมากขึ้นและมีสนามแรงโน้มถ่วงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเช่นดาวแคระขาวและดาวนิวตรอนให้โอกาสที่ดีกว่าในการดูปรากฏการณ์นี้

นักวิทยาศาสตร์จดจ่อกับ PSR J1141-6545 พัลซาร์วัยประมาณ 1.27 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ Pulsar ตั้งอยู่ 10,000 ถึง 25,000 ปีแสงจากโลกในกลุ่ม Musca (the fly) ซึ่งอยู่ใกล้กับกลุ่มดาว Southern Cross อันโด่งดัง

พัลซาร์เป็นดาวนิวตรอนที่หมุนเร็วซึ่งปล่อยคลื่นวิทยุตามขั้วแม่เหล็ก (ดาวนิวตรอน เป็นซากศพของดาวฤกษ์ที่เสียชีวิตจากการระเบิดอย่างรุนแรงที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวา แรงโน้มถ่วงของสิ่งที่เหลือเหล่านี้มีพลังมากพอที่จะบดขยี้โปรตอนพร้อมกับอิเล็กตรอนให้กลายเป็นนิวตรอนได้)

PSR J1141-6545 โคจรรอบดาวแคระขาวที่มีมวลประมาณเดียวกับดวงอาทิตย์ ดาวแคระขาว เป็นแกนขนาดเท่าดาวโลกที่มีขนาดใหญ่มากซึ่งถูกทิ้งไว้หลังจากดาวขนาดเฉลี่ยหมดเชื้อเพลิงลงและหลั่งชั้นนอกออกมา ดวงอาทิตย์ของเราจะกลายเป็นดาวแคระขาวในวันหนึ่งและจะมีมากกว่า 90% ของดาวทั้งหมดในกาแลคซีของเรา

พัลซาร์โคจรรอบดาวแคระขาวในวงโคจรที่เร็วและเร็วน้อยกว่า 5 ชั่วโมงและพุ่งเข้าหาอวกาศด้วยความเร็วประมาณ 620,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (1 ล้านกม. / ชม.) โดยมีการแยกสูงสุดระหว่างดาวฤกษ์ที่ใหญ่กว่าขนาดดวงอาทิตย์ของเรา Vivek Venkatraman Krishnan นักประพันธ์นักดาราศาสตร์ในสถาบันดาราศาสตร์มักซ์พลังค์ในกรุงบอนน์ประเทศเยอรมนีบอกกับ Space.com

นักวิจัยวัดเมื่อพัลส์จากพัลซาร์มาถึงโลกเพื่อความแม่นยำภายใน 100 ไมโครวินาทีในช่วงเกือบ 20 ปีโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุพาร์คส์และ UTMOST ในออสเตรเลีย สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถตรวจจับการล่องลอยในระยะยาวในวิธีที่พัลซาร์และดาวแคระขาวโคจรรอบกันและกัน

หลังจากกำจัดสาเหตุที่เป็นไปได้อื่น ๆ ของการล่องลอยนี้นักวิทยาศาสตร์สรุปว่ามันเป็นผลมาจากการลากเฟรม: วิธีการที่ดาวแคระขาวหมุนรอบตัวเร็วในอวกาศทำให้เกิดวงโคจรของพัลซาร์เพื่อเปลี่ยนทิศทางของมันช้าๆ จากระดับการลากเฟรมนักวิจัยคำนวณว่าดาวแคระขาวหมุนวนบนแกนของมันประมาณ 30 ครั้งต่อชั่วโมง

การวิจัยก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าดาวแคระขาวก่อตัวขึ้นก่อนพัลซาร์ในระบบเลขฐานสองนี้ การทำนายแบบจำลองเชิงทฤษฎีอย่างหนึ่งคือก่อนที่ซูเปอร์โนวาที่ก่อตัวเป็นพัลซาร์จะเกิดขึ้นต้นกำเนิดของพัลซาร์หลั่งเลือดสสารแคระขาวเกือบ 20,000 ดวงในระยะเวลาประมาณ 16,000 ปีเพื่อเพิ่มอัตราการหมุน

"ระบบเช่น PSR J1141-6545 ซึ่งพัลซาร์มีอายุน้อยกว่าดาวแคระขาวนั้นค่อนข้างหายาก" Venkatraman Krishnan กล่าว การศึกษาใหม่ "ยืนยันสมมติฐานที่ยาวนานว่าระบบไบนารีนี้มาเป็นอย่างไรบางสิ่งที่ถูกเสนอเมื่อสองทศวรรษก่อน"

นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าพวกเขาใช้การลากเฟรมเพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับดาวหมุนที่ทำให้เกิด ในอนาคตพวกเขากล่าวว่าพวกเขาสามารถใช้วิธีการที่คล้ายกันในการวิเคราะห์ดาวนิวตรอนไบนารีเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบภายในของพวกเขาซึ่งแม้หลังจากผ่านไปกว่า 50 ปีในการสังเกตพวกเรายังไม่ได้จัดการเลย "Venkatraman" Krishnan กล่าว "ความหนาแน่นของสสารภายในดาวนิวตรอนนั้นมากเกินกว่าที่จะทำได้ในห้องแล็บดังนั้นจึงมีความรู้ใหม่เกี่ยวกับฟิสิกส์โดยใช้เทคนิคนี้กับระบบดาวนิวตรอนสองเท่า"

นักวิทยาศาสตร์ได้ให้รายละเอียด การค้นพบของพวกเขา ออนไลน์วันนี้ (30 ม.ค. ) ในวารสาร Science