یک ستاره در هفت آسمان: نظریه اینشتین از آزمون ۱۶ ساله هم سربلند بیرون آمد

برداشت هنری از سامانه‌ی دو-تپ‌اختری پی‌اس‌آر جی۰۷۳۷-۳۰۳۰

یک گروه بین‌ا‌لمللی از دانشمندان به کمک تلسکوپ‌هایی در سرتاسر جهان از جمله تلسکوپ رادیویی پارکسِ سی‌اس‌آی‌رو، چالش‌برانگیزترین آزمون‌های نسبیت عام اینشتین تا به امروز را انجام داده‌اند.

این گروه به رهبری پرفسور میکاییل کرامر از بنیاد اخترشناسی رادیویی ماکس پلانک در بن آلمان نشان داده که نظریه‌ی اینشتین که ۱۰۵ سال پیش منتشر شده بود همچنان درست است.

دکتر دیک منچستر، یکی از اعضای این گروه از سازمان ملی علوم استرالیا (سی‌اس‌آی‌رو) توضیح می‌دهد که چگونه یافته‌های این پژوهش شناختی دقیق‌تر را از کیهان برای ما فراهم می‌کند.

وی می‌گوید: «نظریه‌ی نسبیت عام چگونگیِ کارکرد گرانش در اندازه‌های بزرگ را در کیهان توصیف می‌کند، ولی در اندازه‌های اتمی، جایی که مکانیک کوانتومی دست برتر را دارد، ناکارآمد می‌شود.»«ما باید راه‌هایی برای آزمودن نسبیت عام اینشتین در اندازه‌های میانگین پیدا می‌کردیم تا ببینیم درست است یا نه. خوشبختانه یک آزمایشگاه کیهانی مناسب را در سال ۲۰۰۳ با بهره از تلسکوپ پارکس یافتیم، یک سامانه‌ی "تپ‌اختر دوتایی" [به نام پی‌اس‌آر جی۰۷۳۷-۳۰۳۰].»

وی می‌افزاید: «مشاهدات ما از این تپ‌اختر دوتایی در ۱۶ سال (از ۲۰۰۳ تا ۲۰۱۹) ثابت کرد که به گونه‌ی شگفت‌انگیزی با نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین سازگاری دارد؛ بخواهیم دقیق بگوییم، تا ۹۹.۹۹ درصد.»

این سامانه‌ی دو-تپ‌اختری از دو تپ‌اختر تشکیل شده -ستارگان چگال چرخانی که مانند فانوس‌های دریایی کیهانی، باریکه‌هایی از موج‌های رادیویی می‌گسیلند و میدان‌های گرانشی بسیار نیرومندی پدید می‌آورند.

یکی از این دو تپ‌اختر هر ثانیه ۴۵ بار دور خود می‌چرخد و دیگری تنها ۲.۸ بار. این دو در هر ۲.۵ ساعت یک بار به دور هم می‌گردند.

نسبیت عام می‌گوید شتاب‌های خشن در سامانه‌ی دو-تپ‌اختری باعث کشش بافت فضازمان شده و موج هایی را می‌گسیلد که به کُند شدنِ سامانه می‌انجامند (فراخِش یا اتساع زمان). این نظریه پیش‌بینی می‌کند که این دو تپ‌اختر باید تا ۸۵ میلیون سال دیگر با هم برخورد کنند.

با چنین زمان‌بندی درازی برای این دسترفتِ انرژی، دیدن و شناسایی اثرهایش دشوار می‌شود. خوشبختانه تیک‌های ساعت‌مانندی که از این تپ‌اخترهای چرخان دریافت می‌شود ابزارهایی بسیار خوب برای ردیابی آشفتگی‌های جزیی و کوچک هستند.

آدام دلر، استادیار دانشگاه سوینبرن و یکی دیگر از اعضای این گروه پژوهشگی توضیح می‌دهد که تیک‌های این دو ساعت (دو تپ‌اختر) حدود ۲۴۰۰ سال زمان برده تا به زمین برسند.

آنان دریافتند که تپ‌های رادیویی این تپ‌اخترها پیوسته دیرتراز انتظار به زمین می‌رسند و محاسبه کردند که این بدین دلیلست که این موج‌ها در خمیدگی (انحنای) نیرومند فضازمان پیرامون دو ستاره، به اندازه‌ی ۰.۰۴ درجه کج می‌شوند. به گفته‌ی این گروه، این نخستین گواه تجربی از چنین خمشِ نیرومندی است.

وی می‌گوید: «ما در درازنای ۱۶ سال، زمانِ دقیقِ رسیدنِ بیش از ۲۰ میلیارد از این تیک‌ها به زمین را مدل‌سازی کردیم.»«این هنوز برای آن که به ما بگوید دو تپ‌اختر چقدر از ما فاصله دارند کافی نبود و برای آزمودن نسبیت عام باید این را هم می‌دانستیم.»

آنان همچنین پی بردند که دو تپ اختر به دلیل موج‌های گرانشی‌ای که می‌گسیلند دچار تباهی (فرسایش) مداری شده‌اند. آنها توانستند انرژی‌ای که با این موج‌ها جابجا می‌شود را با دقتی هزار برابرِ آشکارسازهای موج گرانشی روی زمین ببینند.

این پژوهشگران داده‌های آرایه‌ی خط پایه‌ی بسیار بلند (وی‌ال‌بی‌ای) که شبکه‌ای از تلسکوپ‌های پراکنده در سرتاسر جهان است، توانستند در هر سال، یک لنگِش یا وول خوردنِ کوچک را در جایگاه این ستارگان ببینند، چیزی که فاصله‌شان از زمین را آشکار می‌کرد.

دکتر دلر می‌افزاید: «ما در آینده با تلسکوپ‌های رادیویی تازه و بررسی داده‌های تازه برمی‌گردیم، به امید دیدنِ ضعفی در نسبیت عام که ما را به نظریه‌ی گرانشی بهتری رهنمون شود.»

پژوهشنامه‌ی این دانشمندان در نشریه‌ی فیزکال ریویو ایکس منتشر شده است.

--------------------------------------------------
نوشتار دیگری که در گذشته درباره‌ی این سامانه خوانده بودید:
* «معمای تپ‌اختری که ناپدید شد»

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

تلگرام، توییتر و فیسبوک یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
facebook.com/1star7sky

واژه‌نامه:
CSIRO - Parkes radio telescope - Einstein - general relativity - Michael Kramer - Max-Planck-Institute for Radio Astronomy - Bonn - Germany - Dick Manchester - Australia - quantum mechanics - pulsar - radio wave - gravitational field - gravitational wave - time dilation - star - acceleration - double pulsar system - PSR J0737–3039 - space-time - orbital decay - Adam Deller - Swinburne University - Earth - Very Long Baseline Array - Physical Review X