Художник иллюстрирует перетаскивание кадра Lense-Thirring в результате вращения белого карлика в двойной звездной системе PSR J1141-6545.
(Изображение: © Марк Майерс, Центр передовых технологий ARC по исследованию гравитационных волн (OzGrav))
То, как ткань пространства и времени вращается в космическом водовороте вокруг мертвой звезды, подтвердило еще одно предсказание Теория относительности ЭйнштейнаНовое исследование находит.
Это предсказание - явление, известное как перетаскивание кадров, или эффект Тиринга. В нем говорится, что пространство-время будет вращаться вокруг массивного вращающегося тела. Например, представьте, что Земля погружена в мед. Когда планета вращалась, мед вокруг нее кружился - и то же самое можно сказать и о пространстве-времени.
Спутниковые эксперименты обнаружили перетаскивание кадра в гравитационном поле вращающейся Земли, но эффект чрезвычайно мал и, следовательно, трудно измерить. Объекты с большими массами и более мощными гравитационными полями, такие как белые карлики и нейтронные звезды, предлагают больше шансов увидеть это явление.
Ученые сосредоточились на PSR J1141-6545, молодом пульсаре, примерно в 1,27 раза больше массы Солнца. Пульсар расположен в 10 000 - 25 000 световых лет от Земли в созвездии Муска (муха), которое находится недалеко от знаменитого созвездия Южного Креста.
Пульсар - это быстро вращающаяся нейтронная звезда, излучающая радиоволны вдоль своих магнитных полюсов. (Нейтронные звезды это трупы звезд, погибших в результате катастрофических взрывов, известных как сверхновые; сила тяжести этих остатков достаточно велика, чтобы разрушить протоны вместе с электронами, чтобы образовать нейтроны.)
PSR J1141-6545 окружает белого карлика с массой, примерно равной массе Солнца. Белые карлики Это сверхплотные ядра мертвых звезд размером с Землю, которые остались после того, как звезды среднего размера исчерпали свое топливо и потеряли свои внешние слои. Когда-нибудь наше солнце станет белым карликом, как и более 90% всех звезд в нашей галактике.
Пульсар вращается вокруг белого карлика на узкой, быстрой орбите длиной менее 5 часов, преодолевая пространство со скоростью около 620 000 миль в час (1 млн. Км / ч), с максимальным расстоянием между звездами, едва превышающим размер нашего Солнца. Ведущий автор Вивек Венкатраман Кришнан, астрофизик из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне, Германия, рассказал Space.com.
Исследователи измерили, когда импульсы от пульсара достигли Земли с точностью до 100 микросекунд в течение почти 20 лет, используя радиотелескопы Parkes и UTMOST в Австралии. Это позволило им обнаружить долгосрочный дрейф в том, как пульсар и белый карлик вращаются вокруг друг друга.
После устранения других возможных причин этого дрейфа ученые пришли к выводу, что это было результатом перетаскивания кадра: то, как быстро вращающийся белый карлик тянет пространство-время, заставило орбиту пульсара медленно менять свою ориентацию во времени. Основываясь на уровне перетаскивания кадров, исследователи подсчитали, что белый карлик вращается вокруг своей оси примерно 30 раз в час.
Предыдущие исследования показали, что белый карлик образовался перед пульсаром в этой двойной системе. Одно из предсказаний таких теоретических моделей заключается в том, что до возникновения сверхновой, формирующей пульсар, предшественник пульсара сбрасывал на белого карлика материю стоимостью почти 20 000 земных масс в течение примерно 16 000 лет, увеличивая скорость его вращения.
«Такие системы, как PSR J1141-6545, где пульсар моложе белого карлика, встречаются довольно редко», - сказал Венкатраман Кришнан. Новое исследование «подтверждает давнюю гипотезу о том, как появилась эта двоичная система, что было предложено более двух десятилетий назад».
Исследователи отметили, что они использовали перетаскивание кадров, чтобы получить представление о вращающейся звезде, которая ее вызвала. В будущем, по их словам, они могут использовать аналогичный метод для анализа двойных нейтронных звезд, чтобы узнать больше об их внутреннем составе, "который, даже после более чем 50-летнего наблюдения за ними, у нас еще нет контроля", Венкатраман Кришнан сказал. «Плотность вещества внутри нейтронной звезды намного превышает то, что может быть достигнуто в лаборатории, поэтому есть много новых физических знаний, которые можно изучить, используя эту технику для удвоения систем нейтронных звезд».
Ученые подробно их выводы онлайн сегодня (30 января) в журнале Science.
- Внутри нейтронной звезды (инфографика)
- Что такое пульсары?
- На фотографиях: эксперимент Эйнштейна по солнечному затмению 1919 года проверяет общую относительность
