Einsteins tyngdekraftsteori holder - selv under ekstreme forhold

Slip en marmor og en kanonkugle fra det skæve tårn i Pisa på samme tid, og de vil ramme jorden på samme tid. Denne kendsgerning forklares af Albert Einsteins tyngdekraftsteori - generel relativitet - som forudsiger, at alle objekter falder på samme måde, uanset deres masse eller sammensætning.

Selv Jorden og månen "falder" på samme måde mod solen, som de kredser om hinanden.

Einsteins teori har bestået alle test i laboratorier og andre steder i vores solsystem. Men forskere ved, at kvantemekanikken opfører sig anderledes, så Einsteins teori må bryde et sted. Gælder dette princip også for objekter med ekstrem tyngdekraft?

Svaret er "ja, "ifølge et internationalt team af astronomer, herunder en fra University of Wisconsin-Milwaukee. De har testet spørgsmålet ved hjælp af tre stjerner, der kredser om hinanden i et naturligt "laboratorium" omkring 4, 200 lysår fra Jorden.

Fund fra holdet, ledet af forskere ved universitetet i Amsterdam og det nederlandske institut for radioastronomi (ASTRON), offentliggøres i dag i Natur .

Triple stjerne system

Deres testperson er et triple star system kaldet PSR J0337+1715, bestående af en neutronstjerne i en 1,6-dages bane med en hvid dværg. Dette par er i en kredsløb på 327 dage med en anden hvid dværg længere væk.

Omtrent på størrelse med en planet, en hvid dværg er en stjerne, der har udtømt sit atombrændstof, og kun den varme kerne er tilbage. Mens hvide dværge er små og tætte, intet slår tætheden af ​​en neutronstjerne, som er en ask der er tilovers efter at en udbrændt stjerne er eksploderet. Dens tyngdekraft har knust de massive rester til en rest på størrelse med en by.

Neutronstjernen bliver en pulsar, når den spinder hurtigt og har et stærkt magnetfelt. Pulsarer udsender radiobølger, Røntgenstråler eller endda optisk lys med hver rotation.

Forskerne foretog målingen bare ved at spore neutronstjernen, en pulsar.

"Den roterer 366 gange i sekundet, og stråler af radiobølger roterer langs, "sagde Anne Archibald, papirets første forfatter ved ASTRON og University of Amsterdam. "De fejer over Jorden med jævne mellemrum, som et kosmisk fyrtårn. Vi har brugt disse radiopulser til at spore neutronstjernens position. "

Hvid dværg tyngdekraft

Når pulsaren bevæger sig, noget forårsager det, sagde David Kaplan, en lektor i fysik ved University of Wisconsin-Milwaukee og en medforfatter på papiret. "Hvis Einstein har ret, det må være tyngdekraften af ​​den hvide dværg, den cirkler, der får pulsaren til at bevæge sig. "

Teamet af astronomer fulgte neutronstjernen i seks år ved hjælp af Westerbork Synthesis Radio Telescope i Holland, Green Bank Telescope i West Virginia og Arecibo Observatory i Puerto Rico.

Hvis neutronstjernen faldt anderledes end den hvide dværg, pulserne ville ankomme på et andet tidspunkt end forventet. Men så vidt forskerne ved, det skete ikke. Archibald og hendes kolleger fandt ud af, at enhver forskel mellem accelerationerne mellem neutronstjernen og den hvide dværg er for lille til at opdage.

Dette system giver forskerne mulighed for at teste tyngdekraftens natur med meget mere følsomhed, sagde Kaplan, hvem var blandt de forskere, der først offentliggjorde om systemet, der blev opdaget i 2012.

"Vi har klaret os bedre med dette system end tidligere test med en faktor 10, "sagde Kaplan." Men det er ikke et jernklædt svar. At forene tyngdekraften med kvantemekanikken er stadig uløst. "

Kan ikke ignorere relativitet

En mere præcis beskrivelse af tyngdekraften er også vigtig af andre årsager, sagde Kaplan.

"Hvis du ignorerede generel relativitet, men derefter forsøgte at bruge GPS'en på din telefon, du ender langt fra din destination, "sagde han." Men vi forsøger også at forstå, hvordan universet fungerer her. Vi forstår stadig ikke, hvordan stjerner bevæger sig. "

Fremskridt inden for radioteleskoper giver flere chancer for at finde det perfekte triple system til test, sagde Jason Hessels, lektor ved ASTRON og University of Amsterdam.

Hvis kvadratkilometerarrayet er bygget i Australien og Sydafrika som planlagt, det ville være det største radioteleskop i verden, i stand til at finde mange flere millisekund pulsarer, som man nu kender i vores galakse.

"Blandt disse endnu uopdagede systemer lurer måske endnu mere kraftfulde værktøjer til at forstå universet, "Sagde Hessels." Måske kan en af ​​disse give vores første kig på en teori ud over Einsteins. "