نسبیت عام از سخت‌ترین آزمون هم سربلند بیرون آمد

* نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین سخت‌ترین آزمایش خود را نیز با پیروزی پشت سر گذاشت.

نسبیت عام، که فیزیکدان بزرگ، آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ آن را ارایه کرد می‌گوید گرانش دستاوردِ انعطاف‌پذیریِ ذاتیِ بافتِ فضازمان است: این بافت توسط اجرام بزرگ خم می‌شود و گونه‌ای چاه پدید می‌آورد که اجرام دیگر به گرد آن می‌چرخند.

مانند همه‌ی نظریه‌های علمی، نسبیت عام هم پیش‌بینی‌هایی دارد که آنها را می‌توان آزمایش کرد. یکی از مهم‌ترین آنها "اصل هم‌ارزی" است که بر پایه‌ی آن، همه‌ی اجسام در مسیری یکسان فرو می‌افتند (سقوط می‌کنند)، جرمشان هر اندازه که باشد و از هر چیزی ساخته شده باشند تفاوتی ندارد.

اگر تصویر را اینجا ندیدید می‌توانید بر روی خود آن بکلیکید- بر پایه‌ی نسبیت عام، اجرام بزرگ و پرجرم، مانند کهکشان‌ها، فضازمان پیرامون خود را تاب می‌دهند و گونه‌ای چاه پدید می‌آورند که اجرام دیگر به گرد آن می‌چرخند

پژوهشگران بارها اصل هم‌ارزی را روی زمین، و از همه پرآوازه‌تر، روی ماه آزمایش کرده‌اند. در سال ۱۹۷۱، دیوید اسکات فضانورد آپولو ۱۵ همزمان یک پَر و یک چکش را روی ماه رها کرد- هر دو با هم بر خاک خاکستری ماه افتادند- البته روی زمین، پر بسیار دیرتر از چکش روی زمین می‌افتد که دلیلش فشار هواست. [ویدیوی آزمایش در ماه را اینجا دیدید: * پر و چکش روی ماه، اثبات اصل هم‌ارزی]

ولی آزمایش اصل هم‌ارزی در همه‌ی شرایط آسان نیست- برای نمونه هنگامی که اجرامِ مورد کاربرد بی‌اندازه چگال یا سنگینند. این موضوع روزنه‌ی امیدی برای اندک هواداران نظریه‌های جایگزین گرانش گشوده است.

این پژوهش تازه می‌تواند بخشی از امیدهای آنها را به باد دهد. یک گروه بین‌المللی از اخترشناسان اصل هم‌ارزی را روی یک سامانه‌ که از دو کوتوله‌ی سفید چگال و یک ستاره‌ی نوترونی فراچگال تشکیل شده بود آزمودند.

ستاره‌ی نوترونی از یک گونه‌ی ‌سریع-چرخان است، جرمی که به نام تپ‌اختر شناخته می‌شود. این اجرام شگفت‌انگیز ازین رو به این نام شناخته می‌شوند که به نظر می‌رسد تپ‌هایی منظم از پرتوها می‌گسیلند. ولی این تنها اثر چشم‌انداز است. تپ‌اخترها به طور پیوسته باریکه‌هایی از پرتو می‌افشانند. این باریکه‌ها در راستای محور مغناطیسی تپ‌اختر گسیلیده می‌شود و چون این محور با محور چرخش آنها یکی نیست، به هنگام چرخش تپ‌اختر، راستای باریکه‌ی پرتویش یک مخروط در فضا می‌سازد. بنابراین اخترشناسان نمی‌توانند آن را به طور پیوسته ببینند، تنها هنگامی می‌بینند که این باریکه با چرخش تپ‌اختر، مسیرش رو به زمین شود و در بازه‌های زمانی منظم به چشم آنها برسد.

سامانه‌ی درون این پژوهش با نام پی‌اس‌آر جی۰۳۳۷+۱۷۱۵، ۴۲۰۰ سال نوری از زمین دور است و در صورت فلکی گاو دیده می‌شود. تپ‌اختر که در هر ثانیه ۳۶۶ بار به گرد خود می‌چرخد [و بنابراین باریکه‌اش در هر ثانیه ۳۶۶ بار از روی زمین دریافت می‌شود-م] یک همدم کوتوله‌ی سفید دارد که هر دو در هر ۱.۶ روز زمین یک بار به گرد یک مرکز جرم مشترک می‌گردند. هر دوی اینها مداری ۳۲۷ روزه با یک کوتوله‌ی سفید دارند که بسیار دورتر از آنهاست (این را کوتوله‌ی سفید بیرونی، و کوتوله‌ی همدم را کوتوله‌ی سفید درونی می‌نامیم).

تپ‌اختر ۱.۴ برابر خورشید جرم دارد که آن را در کره‌ای به پهنای شهر آمستردام جای داده، ولی جرم کوتوله‌ی سفید درونی ۰.۲ خورشید، و بزرگی‌اش تقریبا برابر با زمین است. بنابراین آنها بسیار با هم متفاوتند- ولی اگر اصل هم‌ارزی درست باشد، هر دو باید به یک شیوه به سوی کوتوله‌ی سفید بیرونی کشیده شوند.

پر و چکش روی ماه، اثبات اصل هم‌ارزی- اگر ویدیو اینجا اجرا نشد می‌توانید آن را در کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان ببینید

پژوهشگران حرکت تپ‌اختر را به کمک پرتوهای رادیوییِ گسیلیده از آن دنبال کردند. آنها این کار را شش سال ادامه دادند و برای آن از کمک تلسکوپ آمایش رادیویی وستربورک در هلند، تلسکوپ گرین بنک در ویرجینیای باختری، و رصدخانه‌ی آرسیبو در پورتوریکو بهره جستند.

رهبر پژوهشگران، آنه آرچیبالد از دانشگاه آمستردام و بنیاد رادیواخترشناسی هلند می‌گوید: «ما می‌توانیم تک تک تپ‌های تپ‌اختر را از زمان آغاز رصدهایمان دنبال کرده و جایگاه آن را با خطای چند صد متر تعیین کنیم. این دقتی بسیار بالا برای ردگیری ستاره‌ی نوترونی از جایی که بوده و جایی که دارد می‌رود است.»

اگر اصل هم‌ارزی درست نباشد، می‌بایست اعوجاجی در مدار تپ‌اختر دیده شود- تفاوتی میان مسیر آن با مسیر همدمِ کوتوله‌ی سفیدش. این کجروی باید باعث شود پرتوهای تپ‌اختر در زمانی متفاوت با چشمداشت‌ها به زمین برسد.

ولی پژوهشگران چنین انحرافی ندیدند.

نینا گازینسکایا، یکی از نویسندگاه پژوهش از دانشگاه آمستردام می‌گوید: «اگر تفاوتی باشد، میزان آن بیش از ۳ در میلیون نیست.»

گازینسکایا می‌افزاید: «اکنون دیگر مدعیان هر یک از نظریه‌های جایگزین گرانش محدوده‌ی احتمالشان تنگ‌تر شده زیرا باید نظریه‌شان با چیزی که ما دیدیم هم سازگار شود. همچنین، ما دقت بهترین آزمایش‌های گذشته برای گرانش را تا ۱۰ برابر افزایش دادیم، هم آزمایش‌های درون سامانه‌ی خورشیدی و هم آزمایش‌هایی که با تپ‌اخترهای دیگر انجام شده بود.»

گزارش این دانشمندان در روز ۴ ژوییه، در نگارش برخط نشریه‌ی نیچر منتشر شده است.

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

Einstein - general relativity - space-time - equivalence principle - alternative gravity theory - white dwarf - neutron star - pulsar - PSR J0337+1715 - constellation Taurus - center of mass - sun - Amsterdam - radio-wave - Westerbork Synthesis Radio Telescope - Netherlands - Green Bank Telescope - West Virginia - Arecibo Observatory - Puerto Rico - Anne Archibald - University of Amsterdam - Institute for Radio Astronomy - Nina Gusinskaia - solar system - Nature

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان