* این تپ اختر آزمون های نظریه ی نسبیت عام را وارد میدان تازه ای کرده.
* اخترشناسان از تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO) و رادیوتلسکوپ های سراسر دنیا
کمک گرفتند تا یک زوج ستاره ای شگفت آور را بررسی کنند.
* یکی از این دو ستاره، سنگین ترین ستاره ی نوترونیست که تاکنون تایید شده و به گرد یک کوتوله ی سفید می چرخد.
این دوتایی شگفت انگیز به دانشمندان اجازه ی آن را داد تا نظریه ی انیشتین درباره ی گرانش -
نظریه ی نسبیت عام - را از روشی که تاکنون امکان نداشت بیازمایند. رصدهایی که تاکنون روی این دو ستاره انجام گرفته دقیقا و به درستی با پیش بینی های نسبیت عام همخوان است و برخی از نظریه های جایگزین آن را رد می کند. دستاوردهای این پژوهش در شمارهی ۲۶ آوریل ۲۰۱۳ نشریه ی ساینس منتشر خواهد شد.
 |
یک ستاره ی نوترونی ابرچگال که مانند یک تپ اختر امواج رادیویی می گسیلد، در فاصله ی نزدیک به گرد همدمش که یک کوتوله ی سفید است
می چرخد. توری زیر این دو خمیدگی و انحراف گرانشی فضا-زمان را نشان می دهد. تصویر بزرگ تر |
یک گروه بین المللی از دانشمندان سامانه ی دوتایی شگفت انگیزی یافته که تشکیل شده از یک ستاره ی نوترونی کوچک ولی سنگین تر از معمول که با سرعت ۲۵ دور در ثانیه به گرد محور خود و هر ۲.۵ ساعت یک بار هم به گرد یک کوتولهی سفید می چرخد.
یک ستاره ی نوترونی
تپ اختر (ستاره ی تپنده ای) است که امواج رادیویی را از خود می گسیلد و به کمک همین امواج میتوان آن را با رادیوتلسکوپ های روی زمین ردیابی کرد. این زوج حیرت انگیز به خودی خود هم جالبند ولی آزمایشگاهی بیمانند برای آزمودن محدودیت های نظریه های فیزیکی نیز هستند.
این تپ اختر PSR J0348+0432 نام دارد و بازمانده ی یک انفجار ابرنواختریست. جرم آن دو برابر جرم خورشید است ولی تنها ۲۰ کیلومتر قطر دارد. نیروی گرانش سطح آن بیش از ۳۰۰ میلیارد برابر گرانش سطح زمین است و هسته اش که حجمی به اندازه ی یک حبه قند دارد، ماده ای بیش از یک میلیارد تن را به گونه ای چگال و فشرده در خود جای داده.
شگفت انگیزی
کوتوله ی سفیدِ همدم، تنها اندکی کمتر از خود آنست؛ این ستاره بازمانده ی یک ستاره ی بسیار سبک تر است، ستاره ای که جو خود را از دست داده و به آرامی دارد خنک می شود.
جان آنتونیادیس، یک دانشجوی دکترا در بنیاد ماکس پلانک برای اخترشناسی رادیویی (MPIfR) در بن و نویسنده ی اصلی مقاله می گوید: «من داشتم این سامانه را با تلسکوپ بسیار بزرگِ ESO رصد می کردم و به دنبال تغییرات نور کوتوله ی سفید که در اثر جابجایی آن به گرد تپ اختر رخ می داد بودم. همان زمان با یک بررسی آنی دریافتم که با تپ اختر بسیار پرجرمی روبرو هستم. جرم آن دو برابر خورشید است و از این نظر سنگین ترین ستاره ی نوترونیِ شناخته شده است و همچنین آزمایشگاهی عالی برای فیزیک بنیادی به شمار می رود.»
نظریه ی نسبیت عام انیشتین که گرانش را نتیجه ی خمیدگی (انحنای) فضازمان در اثر وجود ماده و انرژی می داند، از نخستین باری که حدود یک سده پیش مطرح شد تاکنون از همه ی آزمون ها سربلند بیرون آمده. ولی توضیح پایانی برای آن نبود و [گمان می رفت] سرانجام در جایی باید شکست بخورد. (۱)
فیزیکدانان نظریه های دیگری برای گرانش پدید آوردند که پیش بینی هایی متفاوت از پیش بینی های نسبیت عام ارایه میدادند. در شماری از این نظریه های جایگزین، این تفاوت ها تنها در حضور میدان های گرانشی بسیار نیرومند دیده میشد؛ میدان هایی که در منظومه ی خورشیدی وجود نداشت.
از دیدگاه گرانشی، PSR J0348+0432 جرمی به راستی نیرومند است، حتی در مقایسه با تپ اخترهای دیگری که در آزمون های بسیار دقیق نظریه ی نسبیت عام انیشتین به کار رفته اند (۲). در چنین میدان های گرانشی نیرومندی، یک افزایش جرم اندک می تواند تغییرات بزرگی را در فضازمانِ پیرامون چنین اجرامی در پی داشته باشد. اخترشناسان تاکنون هیچ پنداشتی (تصوری) از آن چه که می تواند در حضور ستاره ی نوترونی سنگینی مانند PSR J0348+0432 رخ دهد نداشتند. این ستاره به اخترشناسان شانسی یگانه برای انجام آزمایش ها در قلمروی تازه می دهد.
این دانشمندان مشاهداتشان از کوتوله ی سفید که با تلسکوپ بسیار بزرگ انجام شده بود را با زمان بندی بسیار دقیق تپاختر که توسط رادیوتلسکوپ ها اندازه گرفته شده بود در هم آمیختند (۳). یک چنین دوتاییِ نزدیک به هم، امواج گرانشی میگسیلد و بدین ترتیب انرژی از دست می دهد. این دسترفت باعث می شود تغییری هر چند بسیار اندک در دوره ی مداریش رخ دهد. نظریه ی نسبیت عام و نظریه های دیگر رقیب، پیش بینی های گوناگونی از این تغییرات دارند.
پائولو فریره، یکی دیگر از اعضای گروه می گوید: «مشاهدات رادیویی ما آنقدر دقیق بود که توانستیم یک تغییر به اندازه ی "۸ میلیونیوم ثانیه در سال" را در دوره ی گردش مداری آن ها اندازه بگیریم، دقیقا برابر با پیش بینی نظریه ی انیشتین.»
این تازه آغاز پژوهش های مفصل تریست که روی این جسم بیمانند انجام خواهد شد و با گذشت زمان، اخترشناسان به کمک آن نظریه ی نسبیت عام را با دقتی روزافزون خواهند آزمود.
----------------------------------------
۱) نسبیت عام با دیگر نظریه ی بزرگ فیزیک سده ی بیستم، یعنی نظریه ی مکانیک کوانتوم سازگار نیست. این نظریه همچنین تکینگی هایی را در برخی شرایط پیش بینی می کند، جاهایی که برخی از چندی ها (مقدارها) به سمت بی نهایت میل می کنند، جاهایی مانند مرکز یک سیاهچاله.
۲) نخستین تپ اختر دوتایی با نام PSR B1913+16 توسط جوزف هوتن تیلور جونیور و راسل هالس یافته شد و نوبل فیزیک سال ۱۹۹۳ را برایشان به ارمغان آورد. آن ها به دقت تغییرهای ویژگی های این دو جسم چشمگیر و شایان توجه را اندازه گرفتند و نشان دادند که این تغییرات کاملا با دسترفت (اتلاف) انرژی از راه گسیل امواج گرانشی، چنان چه در نسبیت عام پیش بینی شده همخوانی دارد.
۳) در این پژوهش از داده های رادیوتلسکوپ های افلسبرگ، آرسیبو، و گرین بنک بهره برده شد. همچنین از داده های تلسکوپ های نوری بسیار بزرگِ ESO و ویلیام هرشل.
واژه نامه:
Einstein - pulsar - general relativity - ESO - Very Large Telescope - radio telescope - neutron star - white dwarf - star - theory of gravity - journal Science - pulsar - radio wave - Earth - PSR J0348+0432 - supernova - Sun - John Antoniadis - Max Planck Institute for Radio Astronomy - MPIfR - Solar System - gravitational wave - Paulo Freire - quantum mechanics - singularity - black hole - binary pulsar - PSR B1913+16 - Joseph Hooton Taylor, Jr. - Russell Hulse - Nobel Prize in Physics - Effelsberg radio telescope - Arecibo radio telescope - Green Bank radio telescopeWilliam Herschel Telescope optical telescope
منبع:
eso (رصدخانه ی جنوبی اروپا)