Einsteins teori om generell relativitet er bekreftet nok en gang, denne gangen i vingling av en pulsar 25 000 lysår fra Jorden. I løpet av 14 år observerte astronomer den snurrende nøytronstjernen PSR J1906 + 0746.
Målet deres? For å studere slingring eller presisjon av to pulsarer mens de går i bane rundt hverandre, er et sjeldent fenomen spådd av generell relativitet.
Astronomene, ledet av Gregory Desvignes fra Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland, publiserte sine resultater i 6. utgaven av tidsskriftet Science. Funnene deres kan bidra til å estimere antallet av disse såkalte binære pulsarene i galaksen vår og frekvensen av nøytronstjernefusjoner, som kan produsere gravitasjonsbølger (også forutsagt av relativitet) som kan observeres på jorden.
Pulsarer snurrer raskt nøytronstjerner som stråler jetfly av ladede partikler fra magnetpolene. Intense magnetfelt akselererer partiklene til nesten lysets hastighet, og skaper stråler av radiobølger som skinner ut i verdensrommet som kosmiske fyrtårn. Med klokkelignende presisjon roterer pulsarer opptil tusenvis av ganger i sekundet, og skaper en forutsigbar puls når bjelkene feier over jorden. De døde stjerners kompakte kjerner stapper mer masse enn solen vår inn i verdensrommet og er de mest kompakte objektene i universet - ideelle testemner for teorien om generell relativitet.
"Pulsars kan gi tyngdekontroller som ikke kan gjøres på noen annen måte," sa medforfatter Ingrid Stairs, University of British Columbia i Vancouver, i en uttalelse. "Dette er et vakrere eksempel på en slik test."
Generell relativitet, som Albert Einstein først formulerte i 1915, beskriver hvordan materie og energi forvrenger romtidens stoff for å skape tyngdekraften. Massive tette gjenstander, for eksempel pulsarer, kan dramatisk bøye rom-tid. Hvis to pulsars befinner seg i bane rundt hverandre, spår generell relativitet at de kan skape en svak slingring når de roterer, som en langsomt snurrende topp. Denne konsekvensen av tyngdekraften kalles relativistisk spinnpresisjon.
Da astronomer oppdaget PSR J1906 + 0746 i 2004, så det ut som nesten annenhver pulsar, med to bestemte, polariserte bjelker synlige hver rotasjon. Men da nøytronstjernen ble observert andre gang år senere, dukket bare en stråle opp. Etter å ha siktet gjennom observasjoner fra 2004 til 2018, bestemte Desevignes 'team at bjelkenes forsvinning var forårsaket av pulsars forgjenger.
Ved å bruke de 14 årene med data, utviklet de en modell som strekker seg over 50 år og nøyaktig forutslo forsvinningen og opptredenen av begge bjelker fra presisjon. Da de sammenlignet modellen med observasjon, samsvarte presesjonshastigheten, med bare 5% usikkerhet. Dataene var i perfekt overensstemmelse med Einsteins teori.
"Eksperimentet tok oss lang tid å fullføre," sa Michael Kramer, direktør for Max Planck Institutts grunnleggende fysikk i forskningsavdeling for radioastronomi, i en uttalelse. "Å være tålmodig og flittig har virkelig lønnet seg."
