Einstein din nou a avut dreptate — obiectele gravitațional slabe şi puternice cad în același mod

Pana şi ciocanul cad aici în vid cu aceeaşi viteză, dar în spațiu?

Înțelegerea lui Einstein a gravității, aşa precum ea este descrisă în teoria generală a relativității, prezice că toate obiectele cad cu aceeaşi viteză, indiferent de masa sau compoziția lor.

Această teorie a trecut test după test aici pe Pământ, dar este oare aceasta adevărat şi pentru unele dintre cele mai masive şi dense obiecte  din universul cunoscut, un aspect al naturii cunoscut sub numele de principiul de echivalenţă puternică?

Şi iată acum o echipă internaţională şi-a pus această întrebare persistentă în testul lor cel mai riguros.

Constatările lor publicate în revista Nature, arată că reflecțiile lui Einstein în ceea ce privește gravitația continuie să fie valabile, chiar şi în unele dintre cele mai extreme scenarii pe care universul le poate oferi.

Eliminați tot aerul, şi atunci ciocanul şi pana vor cădea cu aceeași viteză — un concept studiat de Galileo la sfârșitul anilor 1500 şi cel mai bine ilustrat pe Lună de astronautul Apollo 15, David Scott.

Deşi, este un fundal al fizicii newtoniene, el a fost luat de teoria gravitaţiei lui Einstein, pentru a formula cum şi de ce acest lucru se manifestă anume astfel.

Până în prezent, ecuațiile lui Einstein au trecut toate testele, începând cu studiile atente de laborator şi terminând cu examinarea planetelor din sistemul nostru solar.

Vedeţi şi: Primul test de succes a relativității generale a lui Einstein lângă o gaură neagră

Dar, alternativele teoriei generale a relativității lui Einstein, prezic că obiectele compacte cu o gravitație extrem de puternică, precum ar fi stelele neutronice, „cad” puțin mai diferit decât obiectele cu o masă mai mică.

Diferența pe care o prezic aceste teorii alternative, s-ar fi datorat aşa numitei energii de legare gravitațională a obiectului compact — energia gravitaţională care îl ţine întreg, împreunat.

În 2011, Telescopul Green Bank (GBT —Green Bank Telescope) al Fundaţiei Naționale de Știință (National Science Foundation —NSF) a descoperit un laborator natural pentru a testa această teorie în condiții extreme: un sistem stelar triplu numit PSR J0337 1715, situat la aproximativ 4200 de ani lumină de Pământ.

Acest sistem este format dintr-o stea neutronică ce are o orbită de 1,6 zile în jurul unei stele pitice albe, iar această pereche, la rândul ei, o orbită de 327 zile, în jurul altei pitice albe mai îndepărtate.

„Acesta este un sistem stelar unic”, a spus Ryan Lynch (en) de la Observatorul Green Bank din Virginia de Vest şi coautorul lucrării.

Noi nu mai știm altul similar ca acesta. Ce îl face să ca un laborator unic pentru a testa teoriile lui Einstein.

Vedeţi şi: Einstein a avut dreptate! Funcționarea relativității generale a fost confirmată în afara sistemului nostru solar

De la descoperirea sa, acest sistem triplu a fost în mod regulat observat de GBT, Telescopul Radio Westerbork Synthesis din Olanda şi observatorul Arecibo al NSF din Puerto Rico.

GBT a observat mai mult de 400 de ore acest sistem, înregistrând date şi calculând modul în care fiecare obiect se mișcă unul în raport faţă de altul.

Cum a fost posibil ca aceste telescoape să studieze acest sistem?

În particular, această stea neutronică este de fapt un pulsar.

Mulţi pulsari se rotesc cu o consecvenţă ce ar putea concura cu unele din cele mai precise ceasuri atomice de pe Pământ.

„Ca unul dintre cele mai sensibile radio telescoape din lume, GBT este echipat pentru a prelua aceste impulsuri slabe ale undelor radio pentru a studia fizica extremă”, a spus Lynch (en).

Steaua neutronică din acest sistem pulsează (se rotește) de 366 de ori pe secundă.

„De când am început observațiile noastre, noi putem lua în calcul fiecare pulsație a stelei neutronice”, a declarat autorul principal al studiului, Anne Archibald (en), de la Universitatea din Amsterdam şi Institutul Olandez de Radio Astronomie.

Noi putem determina locația sa în limite de câteva sute de metri. Aceasta este o urmărire cu adevărat precisă a faptului unde s-a aflat steaua neutronică şi încotro se îndreaptă.

Dacă conceptele alternativele ale viziunii lui Einstein privind gravitația sunt corecte, atunci steaua neutronică şi interioara pitică albă ar trebui fiecare să „cadă” diferit faţă de piticul alb exterior.

„Steaua pitică albă din interior nu este la fel de masivă şi compactă ca steaua neutronică şi astfel are o energie gravitațională de legare mai mică”, a spus Scott Ransom (en), un astronom al Observatorului Național  Radio Astronomic din Charlottesville, Virginia şi coautorul studiului.

Prin observații meticuloase şi calcule atente, echipa a fost capabilă să testeze gravitația sistemului folosind doar pulsațiile stelei neutronice.

Ei au descoperit că orice diferență de accelerație dintre steaua neutronică şi pitica albă din interior este prea mică pentru a fi detectată.

Acest lucru impune constrângeri severe în privința oricăror teorii alternative în comparație cu relativitatea generală.

Acest rezultat, este de zece ori mai precis decât precedentul cel mai bun test al gravităţii, făcând dovezile pentru principiul echivalenței puternice  a lui Einstein mult mai convingătoare.

„Noi mereu suntem în căutarea unor măsurători mai bune în locuri noi, aşa că căutările noastre în privința studierii noilor frontiere ale universului nostru vor continua”, a încheiat Ransom (en).