Знаменитая общая теория относительности Эйнштейна прошла самую строгую проверку на сегодняшний день. После 16 лет наблюдений за парой пульсаров – очень компактных нейтронных звезд, они испускают пучки радиоволн со своих полюсов, – исследователи увидели релятивистские эффекты, которые ранее были предсказаны только теорией. Статья опубликована в журнале “Физический обзор X”.
Известно, что общая теория относительности описывает влияние гравитации на пространство-время.
“Если у нас будет что-то действительно массивное, это исказит пространство-время вокруг него в большей степени, чем что-то менее массивное”, — говорит Роберт Фердман из Университета Восточной Англии в Великобритании.
Это означает, что для чрезвычайно массивных тел, таких как нейтронные звезды, общая теория относительности предсказывает, что свет будет заметно изгибаться вокруг них, когда фотоны будут следовать по искривленному пути пространства-времени. Более того, когда нейтронные звезды ускоряются, что может произойти, если две из них вращаются по спирали друг вокруг друга, они будут испускать гравитационные волны – рябь в пространстве-времени, – которые заставят их орбиты сжиматься по мере потери энергии. Это известно как орбитальный распад.
Теперь Фердман и его коллеги наблюдали оба этих теоретических предсказания на двух пульсарах, известных как PSR J0737−3039A/B. Они вращаются друг вокруг друга всего за 147 минут со скоростью до 1 миллиона километров в час. На орбите один из пульсаров одновременно вращается вокруг своей оси примерно 44 раза в секунду, в то время как его спутник вращается каждые 2,8 секунды. Каждый раз, когда каждый пульсар вращается, мы получаем взрыв радиолучей на Земле.
“Эти импульсы будут поступать чрезвычайно регулярно, если только что-то не помешает или какое-то астрофизическое явление не вызовет задержку в этих поступлениях”, — рассказывает Фердман.
Используя семь радиотелескопов в Австралии, США и Европе, исследователи наблюдали за двойной системой пульсаров с момента ее открытия в 2003 году до 2019 года.
Они обнаружили, что радиоимпульсы последовательно поступали позже, чем ожидалось, и рассчитали, что это было связано с тем, что они отклонялись под углом 0,04 градуса из-за сильной кривизны пространства-времени вокруг двух звезд. По словам команды Фердмана, это первое экспериментальное доказательство такой высокой кривизны.
Исследователи также обнаружили, что пульсары подверглись орбитальному распаду из-за излучения гравитационных волн. Они могли бы обнаруживать энергию, переносимую этими волнами, с точностью в 1000 раз большей, чем это возможно с помощью детекторов прямых гравитационных волн на Земле, таких как детекторы LIGO в США.
“Это самая строгая проверка на сегодняшний день теории Эйнштейна, и она устанавливает планку, по которой должны [проводиться] будущие эксперименты с точки зрения точности, чтобы проверить общую теорию относительности с какой-либо значимостью”, — делится Фердман.
