Наблюдения за необычной семьей звезд, в которой обитает один пульсар и два белых карлика, помогли ученым доказать, что гравитация замедляет течение времени и искривляет пространство именно так, как предсказывает теория относительности Эйнштейна.
«Мы задались вопросом «Как падает источник гравитации?» Это может прозвучать странно для несведущей публики, однако с точки зрения Эйнштейна, и масса, и энергия являются одной и той же вещью. Если принцип эквивалентности нарушается, то скопления энергии, окруженной мощным гравитационным полем, будут ускоряться во время падения совсем не так, как аналогичный сгусток энергии вне его», — рассказывает Анна Арчибальд (Anne Archibald) из университета Амстердама (Нидерланды).
Арчибальд и ее коллеги на прошлой неделе выступили с докладом на ежегодной конференции Американского астрономического общества, проходившей в Вашингтоне. Они рассказали о том, как им удалось использовать наблюдения за уникальной звездной системой J0337+1715 в созвездии Тельца для самой жесткой и точной проверки так называемого принципа эквивалентности — одной из основ общей теории относительности Эйнштейна.
Этот принцип, в самом общем и упрошенном виде, гласит, что частицы света, обладающие разной длиной волны, испущенные далеким объектом в космосе, должны прибыть к Земле в одно и то же время, даже если они прошли через мощные гравитационные поля. Аналогичным образом должны вести себя и другие объекты видимого мира, начиная с шаров и пушинок в опытах Галилея и заканчивая сгустками энергии.
Принцип эквивалентности уже неоднократно проверялся как на Земле, так и на орбите, с помощью американского зонда Gravity Probe A, российского «Радиоастрон» и пары европейских спутников «Галилео». С другой стороны, ученые пока не до конца уверены в том, соблюдается ли он в самых экстремальных уголках космоса — в «семьях» нейтронных звезд или в окрестностях черных дыр.
Арчибальд и ее коллеги осуществили первую подобную проверку, наблюдая за своеобразной гравитационной «матрешкой», системой из трех «мертвых звезд» — одного пульсара и двух белых карликов.
Один из белых карликов и пульсар вращаются друг вокруг друга на столь небольшом расстоянии, что они вырабатывают пока невидимые для нас, но достаточно мощные гравитационные волны. Ситуацию дополнительно осложняет второй белый карлик, движущийся вокруг двух первых звезд и периодически заслоняющий их свет.
Подобное устройство этой звездной системы позволило ученым проверить, прав ли Эйнштейн. Дело в том, что если бы принцип эквивалентности не соблюдался и объекты с более мощным гравитационным полем «падали» быстрее, чем их соседи, то тогда бы орбита пульсара определенным образом искривлялась, вытягиваясь в сторону более далекого белого карлика и двигаясь по кругу вместе с ним.
Эти искривления, в свою очередь, можно было бы заметить по тому, как сильно сигналы пульсара запаздывают в разные моменты времени, когда он предположительно находится в разных точках своей вытянутой орбиты. Руководствуясь этой идеей, ученые наблюдали за J0337+1715, используя американский радиотелескоп GBT и оптический телескоп Gemini на Гавайских островах.
Как показали эти наблюдения, сигналы с пульсара достигали Земли примерно через равные промежутки времени, что подтвердило теорию Эйнштейна с пока рекордно высокой точностью измерений, превышающей предыдущие рекорды в 50-100 раз.
Подобный результат, как отмечают астрономы, в очередной раз не позволяет физикам понять, как можно ликвидировать противоречия между теорией относительности и квантовой физикой, что необходимо для объяснения того, что происходит внутри черных дыр, и понимания того, как будет развиваться Вселенная в будущем.
