تایید مجدد نظریه نسبیت عام اینشتین بعد از ۱۴ سال خیره ماندن به یک ستاره مرده

به گزارش ایسنا و به نقل از ساینس آلرت،دانشمندان با مطالعه یک تپ‌اختر در فاصله ۲۵ هزار سال نوری از ما به مدت ۱۴ سال دوباره ثابت کردند که نابغه دنیای فیزیک درست می‌گفته است.

اخترشناسان از مشاهدات انجام شده بر روی یک ستاره مرده به نام “PSR J۱۹۰۶ + ۰۷۴۶” استفاده کرده‌اند تا یک بار دیگر نظریه نسبیت عام اینشتین را تأیید کنند.

تپ‌اخترها(Pulsar) ستاره‌های نوترونی چرخانی هستند که با سرعت بسیار زیادی دوران می‌کنند و پالس‌های مداومی از انرژی تابشی به همراه خطوط میدان مغناطیسی قوی از خود منتشر می‌کنند. برخی از تپ‌اخترها نیز پرتوهای ایکس تابش می‌کنند. ستاره‌های نوترونی در حقیقت بقایای هسته ستاره منفجر شده‌ای هستند که حجم کوچک و چگالی بسیار بالایی دارند. برای نمونه تپ‌اختری به قطر ۲۰ کیلومتر ۱٫۵ برابر جرم خورشید را در خود جای داده است. تپ‌اخترها هنگام تولد دمایی در حدود چند میلیون درجه سلسیوس دارند و بلافاصله شروع به سرد شدن می‌کنند. نحوه و سرعت سرد شدن نیز به مواد تشکیل دهنده و چگالی آنها بستگی دارد.

به طور خاص، آنچه که اخترشناسان در این ستاره مرده مشاهده کردند، انحراف مسیر آن است. این پدیده‌ای است که در نظریه نسبیت عام پیش بینی شده است و تنها در تعداد بسیار کمی از تپ‌اخترها یافت شده است.

تپ‌اخترها ستاره‌های نوترونی هستند که به سرعت در حال چرخش هستند و امواج رادیویی درخشان از قطب‌های مغناطیسی خود ساطع می‌کنند. آنها به طرز چشمگیری بسیار دقیق و حساب شده عمل می‌کنند، چرا که آنقدر دقیق هستند که می‌توان چرخش‌هایشان را تا مقیاس میلی‌ثانیه پیش‌بینی کرد.

در حال حاضر جایی که تپ‌اخترها بیشترین کاربرد را دارند، در آزمایش نظریه نسبیت عام است. طبق نظریه نسبیت عام، تپ‌اخترها در سیستم‌های دوتایی(باینری) باید دارای یک انحراف جزئی در چرخش محوری خود باشند که به آن انحراف محوری گفته می‌شود.

“گرگوری دسویگنس” از موسسه رادیو نجوم مکس پلانک گفت: تپ‌اختر “PSR J۱۹۰۶ + ۰۷۴۶” یک آزمایشگاه منحصر به فرد است که در آن می‌توانیم همزمان فیزیک انتشار امواج تپ‌اخترها و نظریه نسبیت عام اینشتین را آزمایش کنیم.

محققان در مقاله خود اظهار داشتند: تپ‌اخترهای دوتایی تحت تأثیر نسبیت عام قرار می‌گیرند و باعث می‌شوند که محور چرخش هر تپ‌اختر منحرف شود. از آنجا که تپ‌اختر در محور خود تلو تلو می‌خورد​​، تشخیص تغییرات در مشخصات تپ‌اختر از روی آن ساده است.

هنگامی که تپ‌اختر “PSR J۱۹۰۶ + ۰۷۴۶” برای اولین بار در سال ۲۰۰۴ کشف شد، مشخص شد که دارای دو قطبش متمایز با انتشار در هر چرخش است. با این حال، داده‌های بایگانی شده توسط تلسکوپ رادیویی رصدخانه “پارکس”(Parkes) فقط یک پرتو را نشان می‌دهد.

ستاره شناسان سپس در سال ۲۰۰۵ شروع به مشاهده این ستاره کردند تا ببینند چه بر سر پرتوهای آن آمده است. آنچه آنها دیدند دو پرتو در هر چرخش بود که در سال ۲۰۰۴ شناسایی شده بود، اما پرتوی قطب شمال این ستاره ضعیف‌تر می‌شد تا اینکه در سال ۲۰۱۶ کاملا ناپدید شد.

محققان سپس از یک مدل ۵۰ ساله برای مطالعه دقیق اطلاعات آن استفاده کردند و پیش بینی کردند که خصوصیات قطبی سازی حاوی اطلاعات مربوط به هندسه تپ‌اختر است. داده‌های تپ‌اختر این مدل را تأیید کرده و میزان انحراف را تنها با پنج درصد عدم اطمینان نشان داد.

این نتایج با پیش‌بینی نظریه اینشتین همسو بود.

“اینگرید استیرز” از دانشگاه بریتیش کلمبیا در ونکوور و از نویسندگان این مطالعه گفت: تپ‌اخترها می‌توانند میدان انجام آزمایش‌های گرانشی باشند که به هیچ روش دیگری امکان پذیر نیست. این یک نمونه زیبا از چنین آزمونی است.

در نهایت این تیم مطالعاتی احساس می‌کند که ۱۴ سال تحقیق و خیره ماندن به این تپ‌اختر، ارزشش را داشته است.

“مایکل کرامر” مدیر و رئیس بخش تحقیقات فیزیک بنیادی موسسه نجوم رادیویی مکس پلانک گفت: تکمیل این آزمایش خیلی طول کشید. متأسفانه این روزها نتایج باید سریع باشد، در حالی که این تپ‌اختر چیزهای بسیاری به ما می‌آموزد، صبور بودن در قبال آن واقعا ارزش دارد.