Необычный пульсар подтвердил теорию относительности

С помощью Очень Большого Телескопа ESO (VLT) и целого ряда радиотелескопов по всему миру астрономы обнаружили и исследовали необычную двойную звездную систему, которая состоит из самой массивной из известных на сегодня нейтронных звезд и обращающегося вокруг нее белого карлика, сообщает сайт Европейской Южной Обсерватории. Эта странная парочка позволяет выполнить проверку теории гравитации Эйнштейна (ее еще называют общей теорией относительности) способами, которыми до сих пор это сделать было невозможно. Пока новые наблюдения в точности согласуются с предсказаниями общей теории относительности и не укладываются в альтернативные теории.

Международная группа астрономов зарегистрировала экзотический двойной объект, состоящий из необычно массивной нейтронной звезды, которая вращается с частотой 25 оборотов в секунду, и белого карлика, облетающего вокруг нее за два с половиной часа. Нейтронная звезда является пульсаром, то есть излучает пульсирующие радиоволны, принимаемые радиотелескопами на Земле. Хотя эта необычная двойная звезда очень интересна и сама по себе, она к тому же представляет собой уникальную лабораторию, в которой можно тестировать физические теории.

Пульсар, который имеет обозначение PSR J0348+0432, является остатком взрыва сверхновой. Он вдвое тяжелее Солнца, но поперечник его всего 20 км. Сила тяжести на его поверхности более, чем в 300 миллиардов раз превышает силу земного притяжения, а в его центре в кубике объемом с кусочек сахара помещается больше миллиарда тонн вещества. Звезда-компаньон, белый карлик, менее экзотичен; это тускло светящийся остаток гораздо более легкой звезды, которая потеряла свою атмосферу и медленно остывает.

“Я наблюдал эту систему с телескопом ESO VLT в поисках переменности светового излучения белого карлика, вызванной его орбитальным движением вокруг пульсара”, — говорит Джон Антониадис (John Antoniadis), аспирант Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, основной автор статьи. “Прикидки, выполненные прямо на месте, показали, что этот пульсар – настоящий тяжеловес. Он оказался вдвое тяжелее Солнца, и, значит, является самой массивной известной нам нейтронной звездой. А еще это великолепная лаборатория фундаментальной физики”.

Общая теория относительности Эйнштейна, которая объясняет тяготение кривизной пространства-времени, созданной присутствием масс и энергий, с тех пор, как она почти сто лет назад была опубликована, подтверждалась всеми экспериментальными проверками. И все же в этой теории обнаруживаются глубокие противоречия.

Физики разработали несколько других теорий гравитации, предсказания которых отличаются от тех, которые дает общая теория относительности. Для некоторых альтернативных теорий различия между ними и теорией Эйнштейна могли бы проявиться только в крайне сильных гравитационных полях, найти которые в Солнечной системе невозможно. В этом отношении PSR J0348+0432 является поистине экстремальным объектом, даже в сравнении с другими пульсарами, которые уже использовались для точного тестирования Эйнштейновской общей теории относительности. В столь сильных гравитационных полях малый прирост массы может вызвать большие изменения пространственно-временной структуры вокруг таких объектов. До сих пор астрономы не представляли себе, что могло бы происходить в окрестностях столь массивной нейтронной звезды, как PSR J0348+0432. Ее открытие, таким образом, дает уникальную возможность перенести тестирование гравитационных теорий на новую почву.

Исследователи скомбинировали наблюдения белого карлика, выполненные на VLT, и высокоточную регистрацию времен прихода импульсов от пульсара радиотелескопами. Столь тесная двойная система должна терять энергию, излучая гравитационные волны, а это в свою очередь должно вызывать очень малые изменения орбитального периода системы. Эти изменения и получаются несколько различными в общей теории относительности и в конкурирующих с ней теориях.

“Наши радионаблюдения оказались такими точными, что мы смогли измерить изменения орбитального периода величиной в 8 миллионных долей секунды в год, что полностью соответствует предсказаниям теории Эйнштейна”, - сообщает Пауло Фрейре (Paulo Freire), один из исследователей.