איור של הפולסר הכפול PSR J0737−3039A/B. (מייקל קרמר/MPIfRA) שתיים פולסרים נעולים במסלול בינארי קרוב אימתו שוב תחזיות שנעשו על ידי התיאוריה של איינשטיין על תורת היחסות הכללית .
במשך 16 שנים, צוות בינלאומי של אסטרונומים צפה ב ללחוץ זוג, בשם PSR J0737−3039A/B, ומצא שניתן למדוד את ההשפעות היחסיות בתזמון הפולסים שלהם - בדיוק כפי שצפוי וכצפוי. זו הפעם הראשונה שתופעות אלו נצפו.
'חקרנו מערכת של כוכבים קומפקטיים שהיא מעבדה ללא תחרות לבדיקת תיאוריות כבידה בנוכחות שדות כבידה חזקים מאוד', אומר האסטרונום והאסטרופיזיקאי מייקל קרמר ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה רדיו בגרמניה, שהוביל את המחקר.
״לשמחתנו הצלחנו לבחון אבן יסוד בתיאוריה של איינשטיין, האנרגיה שנישאת בה גלי כבידה , עם דיוק טוב פי 25 מאשר עם הפולסר זוכת פרס נובל Hulse-Taylor, ופי 1,000 טוב יותר מהאפשרי כיום עם גל כבידה גלאים.'
פולסרים הם ללא ספק הכוכבים השימושיים ביותר בשמיים. הם סוג של כוכב ניטרונים , מה שאומר שהם מאוד קטנים וצפופים; עד 20 ק'מ (12 מייל) רוחב, ועד פי 2.4 בערך מהמסה של השמש.
מה שהופך אותם לפולסרים היא העובדה, ובכן, הם דופקים. יש להם קרני קרינה באורכי גל רדיו שיורה מהקטבים שלהם, והם מכוונים בצורה כזו שהאלומות הללו מהבהבות כמו אלומת מגדלור בזמן שהכוכב מסתובב, במהירויות של עד אלפיות שניות.
הבזקים אלה מתוזמן בצורה מדויקת להפליא, מה שאומר שעבורנו, פולסרים הם אולי הכוכבים השימושיים ביותר ביקום . ניתן לנצל שינויים בתזמון שלהם לניווט, לחיטוט בתווך הבין-כוכבי ולחקר כוח המשיכה.
PSR J0737−3039A/B, שהתגלה בשנת 2003, ממוקם במרחק של כ-2,400 שנות אור משם, והפולסר הכפול היחיד שזוהה עד כה, הציג הזדמנות חדשה למחקר: מבחן נוסף של תורת היחסות, במה שהחוקרים כינו 'מעבדה שאין לה מתחרים'. לבדיקת תיאוריות כוח הכבידה.
שני הפולסרים קרובים מאוד זה לזה, ומשלימים מסלול כל 147 דקות. אחד מסתובב די מהר ב-44 פעמים בשנייה. השני צעיר ואיטי יותר, מסתובב פעם ב-2.8 שניות. אבל בגלל שהעצמים האלה כל כך צפופים, שדות הכבידה שלהם חזקים מאוד, מה שאומר שהם יכולים להשפיע על התזמון והזווית של הפולסים זה של זה.
באמצעות שבעה טלסקופים רבי עוצמה ברחבי העולם, במהלך 16 שנים, זה מה שחיפשו החוקרים.
'אנו עוקבים אחר התפשטות פוטוני הרדיו הנפלטים ממגדלור קוסמי, פולסר, ועוקבים אחר תנועתם בשדה הכבידה החזק של פולסר נלווה', אומרת האסטרופיזיקאית אינגריד סטירס מאוניברסיטת קולומביה הבריטית בקנדה.
'אנו רואים לראשונה כיצד האור לא רק מתעכב עקב עקמומיות חזקה של זמן המרחב סביב בן לוויה, אלא גם שהאור מוסט בזווית קטנה של 0.04 מעלות שאנו יכולים לזהות. מעולם לא נערך ניסוי כזה בעקמומיות מרחב-זמן כה גבוהה״.
בסך הכל, החוקרים ביצעו שבעה בדיקות של תורת היחסות הכללית, כולל האופן שבו משתנה האוריינטציה של מסלול הבינארי, המכונה קדנציה אפסילית , והאופן שבו הפולסרים גוררים איתם את המרחב-זמן כשהם מסתובבים, נקרא גרירת מסגרת או אפקט עדשות צמרמורת. זה אפשר מעקב מדויק אחר תזמון הפולסר.
'חוץ מגלי כבידה והתפשטות האור, הדיוק שלנו מאפשר לנו גם למדוד את ההשפעה של 'הרחבת הזמן' שגורמת לשעונים לרוץ לאט יותר בשדות כבידה', מסביר האסטרופיזיקאי דיק מנצ'סטר מ-CSIRO באוסטרליה.
'אנחנו אפילו צריכים לקחת את המשוואה המפורסמת של איינשטיין E = mcשתייםלקחת בחשבון כאשר בוחנים את ההשפעה של הקרינה האלקטרומגנטית הנפלטת מהפולסר המסתובב במהירות על תנועת המסלול. קרינה זו תואמת לאובדן מסה של 8 מיליון טון לשנייה! אמנם זה נראה הרבה, אבל זה רק חלק זעיר - שלושה חלקים באלף מיליארד מיליארד - מהמסה של הפולסר בשנייה.'
התוצאות מצטרפות לגוף הולך וגדל של מדידות דיוק גבוהות של השפעות רלטיביסטיות שכולן, עד כה, מסכימות עם התחזיות של איינשטיין. המרחב-זמןסביב חור שחור סופר מסיבי M87*, הדרך שבה כוכבים מקיפים את שביל החלבחור שחור סופר מסיבי מרכזי משלו, התזמון שעונים אטומיים, אמערכת משולשת כוכביםותצפיות של 14 שנים של אפולסר מתנודד- כולם עולים בקנה אחד עם תורת היחסות הכללית.
במהלך השנים הקרובות, ככל שצצים טלסקופים חזקים יותר, אנו צפויים לראות בדיקות מדויקות אף יותר של כוח הכבידה תחת תורת היחסות הכללית, כאשר מדענים ממשיכים לחפש חורים.
'תורת היחסות הכללית אינה תואמת את שאר הכוחות הבסיסיים, המתוארים על ידי מכניקת הקוונטים. לכן חשוב להמשיך להעמיד את המבחנים המחמירים ביותר על תורת היחסות הכללית ככל האפשר, כדי לגלות כיצד ומתי התיאוריה מתקלקלת', מסביר האסטרופיזיקאי רוברט פרדמן מאוניברסיטת מזרח אנגליה בבריטניה.
'מציאת כל סטייה מתורת היחסות הכללית תהווה תגלית גדולה שתפתח צוהר לפיזיקה חדשה מעבר להבנה התיאורטית הנוכחית שלנו את היקום. וזה עשוי לעזור לנו לגלות בסופו של דבר תיאוריה מאוחדת של היסוד איתני הטבע .'
המחקר פורסם ב סקירה פיזית X .