Загальна теорія відносності витримала, мабуть, найскладніший на сьогодні виклик. Теорія, яку Альберт Ейнштейн опублікував ще 1916 року, здійснила революцію у нашому розумінні фізики та космосу. Вона пояснює гравітацію не як силу, а як наслідок гнучкості простору-часу: масивні об’єкти спотворюють простір-час, створюючи «впадини», навколо яких обертаються тіла з меншою масою.
Вчені неодноразово перевіряли загальну теорію відносності впродовж останніх 105 років, намагаючись знайти ситуації чи обставини, за яких вона зазнає невдачі. Досі вона жодного разу не була спростована.
У новому дослідженні вчені повідомляють про результати одного з найамбітніших і складних викликів загальної теорії відносності, які коли-небудь робилися. Для цього був проведений один із найтриваліших експериментів. Астрономи проаналізували спостереження системи подвійних пульсарів PSR J0737-3039, що проводились сімома різними радіотелескопами по всьому світу з 2003 по 2019 рік. Результати дослідження опублікував науковий журнал Physical Review X.
Теорія відносності передбачає, що будь-який масивний об’єкт, що обертається, «закручує» простір навколо себе. Це явище вчені називають ефектом Лензе — Тіррінга.
Перевірка теорії відносності
Пара пульсарів, за якими проводилися спостереження, розташована за 2400 світлових років від Землі. Один з них обертається 44 рази на секунду, а інший здійснює оберт кожні 2,8 секунди. За словами дослідників, два об’єкти обертаються навколо загального центра мас кожні 147 хвилин, кожен із них рухається у космосі зі швидкістю приблизно 1 млн км/год.
Відстань між пульсарами системи PSR J0737-3039 настільки мала, що їхні гравітаційні поля впливають на частоту випромінювання та інші властивості. Цим і скористалися вчені, щоб перевірити прогнози загальної теорії відносності. Впродовж 16 років вони спостерігали спалахи PSR J0737-3039. За цей час їм вдалося виміряти відстань пульсарів, визначити їхні маси та дізнатися інші властивості.
Ці виміри підтвердили «хитання» осей обертання та орбіт пульсарів, а також вперше вказали на те, що швидкість і траєкторія руху частинок світла, що огинають нейтронні зорі, дійсно змінюється через ефект Лензе — Тіррінга. Завдяки цьому вчені максимально точно визначили швидкість обертання пульсарів.
«Швидкий орбітальний рух таких компактних об’єктів (вони майже на 30% масивніші за Сонце, але лише приблизно 24 км у діаметрі) дозволило перевірити та підтвердити безліч різних передбачень загальної теорії відносності. Нам вперше вдалося побачити, що викривлення простору-часу під дією сильних гравітаційних полів не тільки уповільнює світло, а й викривляє його, змушуючи відхилятися від колишньої траєкторії на 0,04°. Раніше астрономам не вдавалося простежити за поведінкою світла за таких умов», — пояснив співавтор дослідження Дік Манчестер з Організації наукових та промислових досліджень Співдружності (CSIRO) — національної наукової агенції Австралії.
Нагадаємо, як NICER склав першу карту поверхні пульсара.
