Ny bekræftelse af Einsteins generelle relativitetsteori

Denne illustration afslører, hvordan tyngdekraften af en hvid dværgstjerne vrider rummet og bøjer lyset fra en fjern stjerne bagved det. Kredit:NASA, ESA, og A. Feild (STScI)

Albert Einstein forudsagde, at når lys fra en fjern stjerne passerer et tættere objekt, tyngdekraften fungerer som en slags forstørrelseslinse, lysere og bøje det fjerne stjernelys. Endnu, i en artikel fra 1936 i tidsskriftet Videnskab , han tilføjede, at fordi stjerner er så langt fra hinanden, "er der intet håb om at observere dette fænomen direkte."

Nu, et internationalt forskerhold ledet af Kailash C. Sahu har gjort netop det, som beskrevet i deres 9. juni, 2017 artikel i Videnskab . Undersøgelsen menes at være den første rapport om en bestemt type Einsteins "gravitationsmikrolensering" af en anden stjerne end solen.

I et relateret perspektiv stykke ind Videnskab , med titlen "En hundredårsgave fra Einstein, " Terry Oswalt fra Embry-Riddle Aeronautical University siger, at opdagelsen åbner et nyt vindue til at forstå "historien og udviklingen af galakser som vores egen."

Mere specifikt, Oswalt tilføjer, "Forskning fra Sahu og kolleger giver et nyt værktøj til at bestemme massen af objekter, som vi ikke let kan måle på andre måder. Holdet bestemte massen af en kollapset stjernerest kaldet en hvid dværgstjerne. Sådanne objekter har fuldført deres brint- brændende livscyklus, og således er fossilerne af alle tidligere generationer af stjerner i vores galakse, Mælkevejen."

Oswalt, en astronom og formand for Institut for Fysiske Videnskaber ved Embry-Riddle's Daytona Beach, Florida campus, siger videre, "Einstein ville være stolt. En af hans vigtigste forudsigelser har bestået en meget streng observationstest."

Denne time-lapse-film, lavet ud fra otte Hubble-rumteleskopbilleder, viser den tilsyneladende bevægelse af den hvide dværgstjerne Stein 2051 B, når den passerer foran en fjern stjerne. Observationerne er taget mellem 1. okt. 2013, og 14. okt. 2015. Steins vej 2051 B, på grund af dens rette bevægelse kombineret med dens parallakse på grund af bevægelsen Jorden omkring Solen, er vist med den bølgede cyan linje. Dens korrekte bevægelse på et år er vist med en pil. Dens parallakse, forstørret med en faktor 5, er vist med en ellipse. Kredit:NASA, ESA, og K. Sahu (STScI)

Forstå 'Einstein Rings'

Den gravitationelle mikrolinsning af stjerner, forudsagt af Einstein, er tidligere observeret. Berømt, i 1919, målinger af stjernelys krum rundt om en total solformørkelse gav et af de første overbevisende beviser for Einsteins generelle relativitetsteori - en vejledende fysiklov, der beskriver tyngdekraften som en geometrisk funktion af både rum og tid, eller rumtid.

"Når en stjerne i forgrunden passerer præcis mellem os og en baggrundsstjerne, " Oswalt forklarer, "gravitationel mikrolinse resulterer i en perfekt cirkulær ring af lys - en såkaldt 'Einstein-ring'."

Astronomer lavede Hubble-observationer af den hvide dværg, den udbrændte kerne af en normal stjerne, og den svage baggrundsstjerne over en toårig periode. Hubble observerede den døde stjerne passere foran baggrundsstjernen, afbøjer dets lys. Under den tætte justering, det fjerne stjernelys syntes forskudt med omkring 2 millibuesekunder fra dets faktiske position. Denne afvigelse er så lille, at den svarer til at observere en myre kravle hen over overfladen af en fjerdedel fra 1, 500 miles væk. Fra denne måling, astronomer beregnede, at den hvide dværgs masse udgør cirka 68 procent af solens masse. Kredit:NASA, ESA, og K. Sahu (STScI)

Sahus gruppe observerede et meget mere sandsynligt scenarie:To objekter var lidt ude af justering, og derfor blev der dannet en asymmetrisk version af en Einstein-ring. "Ringen og dens lysning var for lille til at måles, men dens asymmetri fik den fjerne stjerne til at se ud i midten fra sin sande position, "Oswalt siger. "Denne del af Einsteins forudsigelse kaldes 'astrometrisk linse', og Sahus hold var de første til at observere den i en anden stjerne end Solen."

Sahu, en astronom ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, udnyttede den overlegne vinkelopløsning fra Hubble Space Telescope (HST). Sahus hold målte forskydninger i den tilsyneladende position af en fjern stjerne, da dens lys blev afbøjet omkring en nærliggende hvid dværgstjerne kaldet Stein 2051 B på otte datoer mellem oktober 2013 og oktober 2015. De fastslog, at Stein 2051 B - den sjette tætteste hvide dværg stjerne til Solen - har en masse, der er omkring to tredjedele af solens.

"Den grundlæggende idé er, at den tilsyneladende afbøjning af baggrundsstjernens position er direkte relateret til massen og tyngdekraften af den hvide dværg - og hvor tæt de to kom på nøjagtigt at stille op, " forklarer Oswalt.

Denne animation viser bevægelsen af en hvid dværgstjerne, der passerer foran en fjern baggrundsstjerne. Under passagen, den fjerne stjerne ser ud til at ændre sin position lidt, fordi dens lysbane er blevet ændret af den hvide dværgs tyngdekraft. Da den hvide dværg Stein 2051 B passerede foran en baggrundsstjerne, den fjerne stjernes lys blev kun opvejet med cirka 2 milliarsekunder fra dens faktiske position. Denne afvigelse er så lille, at den svarer til at observere en myre kravle hen over overfladen af en fjerdedel fra 1, 500 miles væk. Fra denne måling, astronomer har beregnet, at den hvide dværgs masse er omkring 68 procent af solens masse. Kredit:NASA, ESA, og G. Bacon (STScI)

Blandt astronomer, resultaterne er signifikante af mindst tre grunde, ifølge Oswalt:

Først, forskningen "løser et mangeårigt mysterium om massen og sammensætningen af Stein 2051 B, " han siger.
Sekund, bemærker han, "Sahus hold bekræfter pænt astrofysiker Subrahmanyan Chandrasekhars 1930-nobelprisvindende teori om forholdet mellem massen og radius af hvide dværgstjerner. Vi ved nu, at Stein 2051 B er helt normal; det er ikke en massiv hvid dværg med en eksotisk sammensætning, som man har troet i næsten et århundrede."
Tredje, Oswalt konkluderer, "Dette nye værktøj til bestemmelse af masser vil være meget værdifuldt, da enorme nye undersøgelser afslører mange andre tilfældigheder i de næste par år."

Skindet kan bedrage. I dette billede af Hubble -rumteleskop, den hvide dværgstjerne Stein 2051B og den mindre stjerne under den ser ud til at være tætte naboer. Stjernerne, imidlertid, bor langt væk fra hinanden. Stein 2051B er 17 lysår fra Jorden; den anden stjerne er omkring 5, 000 lysår væk. Stein 2051B er opkaldt efter sin opdager, Den hollandske romersk-katolske præst og astronom Johan Stein. Kredit:NASA, ESA, og K. Sahu (STScI)

For den gennemsnitlige stjernekigger, han siger, resultaterne er meningsfulde, fordi "mindst 97 procent af alle stjerner, der nogensinde er dannet i galaksen, inklusive solen, vil blive eller allerede er hvide dværge - de fortæller os om vores fremtid, såvel som vores historie."

Dr. Terry Oswalt diskuterer resultater fra en ny undersøgelse af Sahu et al., rapportering af den første vellykkede måling af en stjernes vægt ved hjælp af Einsteins generelle relativitetsteori. Dr. Oswalt giver en fysisk demonstration ved hjælp af rekvisitter til at vise, hvordan en stjernes tyngdekraft afbøjer lyset. Forskere kan derefter bruge denne afbøjning af lys til at beregne vægten af stjernen. Kredit:Embry-Riddle Aeronautical University / Robert H. Score

Sidste artikelWow! mysteriet signal fra rummet endelig forklaret

Næste artikelCellekulturer går efter guldet