Imaginează-ți că ești un astronom cu idei interesante despre legile secrete ale cosmosului. Ca orice om de știință bun, planifici un experiment pentru a-ți testa ipoteza. Și apoi brusc veștile proaste: nu există nicio modalitate de a o testa, cu excepția, poate, a unei simulări pe computer. Obiectele cosmice sunt prea mari și incomode pentru a crește într-un vas Petri sau se ciocnesc sub formă de particule subatomice.
Din fericire, există spații rare în spațiul în care natura își desfășoară propriile experimente - cum ar fi PSR J0337 + 1715. Acest sistem triplu a fost observat pentru prima dată în 2012, iar în 2014 oamenii de știință au anunțat oficial descoperirea sa. Acesta este situat la 4200 de ani lumină distanță în constelația Taur.
Trei nuclee de stele moarte se învârt într-un dans care ar putea confirma - sau duce la revizuire - ideea lui Einstein despre spațiu. Miza este mare. În anii 70, un sistem de două stele moarte a furnizat dovezi puternice, deși circumstanțiale, care susțineau teoria lui Einstein despre relativitatea generală și că valurile gravitaționale pe care LIGO le-a găsit în cele din urmă existau. Pentru această lucrare, oamenii de știință au primit premiul Nobel.
Pentru a înțelege PSR J0337 + 1715 ca parte a experimentului, Joshua Sokol cu New Scientist propune să îl reprezinte ca o locație fizică. Cam la aceeași distanță de centrul sistemului, la care Pământul se învârte în jurul Soarelui, se află un pitic alb rece, rămășițele nucleului solidificat al unei stele ca a noastră. Puțin mai departe este un alt pitic alb mai fierbinte. Ar trebui să „urle strălucitor” pe cer, spune Scott Ransome de la Observatorul Național de Radio Astronomie din Virginia, care supraveghează observațiile sistemului.
La fiecare 1,6 zile, această pitică albă interioară orbitează un însoțitor care este invizibil pentru ochiul liber. Dar în viziunea cu raze X sau cu raze gamma, cele două pitici albe sunt relativ slabe în comparație cu însoțitorul lor, un obiect sferic de 24 de kilometri lung, care este de o dată și jumătate față de masa Soarelui.
Este un pulsar, rămășița unei stele mult mai mari. Se rotește o dată la 2,73 milisecunde, ca un demon de praf cosmic. Fiecare rotație eliberează un fascicul de unde radio pe cer care ajunge pe Pământ cu fiecare rotație - folosim semnalele sale ultra-precise ca un ceas cosmic. Și având în vedere că aceste corpuri au câmpuri gravitaționale intense, încurcate și avem ceasuri legate de ele, ar fi extrem de convenabil să testăm Einstein.
Echipa lui Ransom urmărește marcarea pulsarului, măsurând cum se schimbă orbitele celor trei corpuri și comparând rezultatele cu predicțiile teoriei lui Einstein. Ei se concentrează pe o idee mai ales în serios.
Gândiți-vă la povestea apocrifă a lui Galileo pe Turnul aplecat din Pisa, care a aruncat obiecte pe pământ pentru a arăta că mase diferite necesită aceeași perioadă de timp pentru a parcurge aceeași distanță. Astronautul David Scott a făcut același experiment pe lună cu o pene și un ciocan.
Video promotional:
Principiul așa-numitei echivalențe puternice în relativitatea generală continuă această idee. El susține că chiar și obiectele cu propriile câmpuri gravitaționale ar trebui să reacționeze la gravitație în același mod ca și altele.
Ca și în cazul penei și a unui ciocan, piticul alb interior și pulsarul mult mai greu ar trebui să se comporte la fel sub atracția gravitațională a piticului alb exterior. Dacă nu, orbita perechii interioare va deveni mai alungită decât se aștepta - iar principiul echivalenței va fi încălcat, iar relativitatea generală este greșită.
Și atunci vor fi șoc și teamă. Dar un astfel de șoc s-ar putea aștepta mai devreme sau mai târziu, deoarece relativitatea generală este de notorietate pentru a nu dori să fie prieteni cu alte teorii ale naturii.
„Orice teorie a gravitației în afară de relativitatea generală prevede practic că un anumit principiu al echivalenței va eșua la un anumit nivel”, spune Ransome.
În cadrul Conferinței Pulsar din septembrie din Marea Britanie, echipa lui Ransom speră să anunțe noi rezultate, începând cu activitatea Anna Archibald, care va testa principiul echivalenței de 50 până la 100 de ori mai bine ca niciodată. Încă nu au făcut acest lucru, spune Ransom, pentru că există unele modele de date care par să încalce principiul echivalenței care trebuie explorate mai îndeaproape.
„Evident, acest lucru va fi puternic, așa că vrem să ne asigurăm că înțelegem corect datele”, spune Ransom. În acest moment, calculatoarele continuă să facă analize.
Care sunt șansele ca la ieșirea din muncă, oamenii să se entuziasmeze?
„Majoritatea oamenilor consideră că un principiu puternic de echivalență nu poate eșua la acest nivel. Acesta este unul dintre motivele pentru care ne lovim constant capul de perete.
Poate că PSR J0337 + 1715 este experimentul spațial perfect: un experiment în care relativitatea generală se va rupe cu siguranță, nu pe hârtie, dar sigur. Sau vom mai aștepta puțin.
Ilya Khel
