Pressemeddelelse

Einstein havde ret - indtil videre

Rekordslående pulsar tester den generelle relativitetsteori i nyt territorium

25. april 2013

Astronomer har brugt ESOs Very Large Telescope samt radioteleskoper over hele verden til at finde og studere et bizart stjernepar, der består af den tungeste neutronstjerne, der indtil nu er fundet og med en hvid dværgstjerne i kredsløb. Dette mærkelige nye binære system gør det muligt at teste Einsteins gravitationsteori – den generelle relativitetsteori - på måder der ikke var muligt før nu. Indtil videre har de nye observationer stemt præcist overens med forudsigelserne fra den generelle relativitetsteori, og er i strid med nogle alternative teorier. Resultaterne vil kunne ses i journalen Science den 26. april 2013.

Et internationalt hold har opdaget et eksotisk dobbeltobjekt, der udgøres af en lille, men usædvanlig tung, neutronstjerne der drejer om sig selv 25 gange i sekundet med en hvid dværgstjerne med et kredsløb på to en halv time. Neutronstjernen er en pulsar, der udsender radiobølger, der kan ses med Jordens radioteleskoper. Selvom dette usædvanlige par er meget interessante i sig selv, er det også et unikt laboratorium til at teste grænserne for fysiske teorier.

Pulsaren har fået navnet PSR J0349+0432, og er resterne af en supernovaeksplosion. Den er dobbelt så tung som Solen men kun 20 kilometer på langs. Tyngdekraften ved overfladen er mere end 300 milliarder gange kraftigere end her på Jorden, og ved dens centrum er 1 milliarder tons materiale trykket sammen til noget, der fylder det samme som en sukkerknald. Dens ledsagende hvide dværgstjerne er kun en smule mindre eksotisk; den er de glødende rester af en meget lettere stjerne, der har mistet sin atmosfære og køles langsomt.

"Jeg observerede systemet med ESOs Very Large Telescope, og kiggede efter ændringer i lyset udsendt fra den hvide dværg, grundet dens bevægelse omkring pulsaren" siger John Antoniadis der er ph.d. studerende ved Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn og hovedforfatter på artiklen. "En hurtig analyse på stedet fik mig til at indse, at pulsaren var noget af en sværvægter. Den har det dobbelte af Solens masse, hvilket gør den til den tungeste neutronstjerne, som vi kender til og også et fantastisk laboratorium for fundamental fysik."

Einsteins generelle relativitetsteori der forklarer tyngdekraften som en konsekvens af rum-tidens krumning, hvilket skabes ved tilstedeværelsen af masse og energi, er kommet helskindet igennem alle prøvelser siden den først udkom næsten et århundrede siden. Men den kan ikke være den endelige forklaring, og må med tiden bryde sammen [1].
Fysikere har fremstillet andre teorier for tyngdekraften, der laver andre forudsigelser end den generelle relativitetsteori. For nogle af disse alternativer vil forskellene kun vise sig i ekstremt stærke tyngdefelter, der ikke kan eksistere i vores solsystem. Når det kommer til tyngdekraft, er PSR J0348+0432 i sandhed et ekstremt objekt, selv sammenlignet med andre pulsarer der er blevet brugt til højpræcitions test af Einsteins generelle relativitet [2]. I sådanne stærke tyngdefelter kan små stigninger i massen skabe store ændringer i rum-tiden omkring disse objekter. Indtil nu havde astronomer ingen idé om, hvad der ville ske i nærheden af sådan en tung neutronstjerne som PSR J0348+0432. Det giver en unik mulighed for at teste i nye områder.

Holdet kombinerede Very Large Telescope observationer af den hvide dværgstjerne med meget præcis tidtagning af pulsaren fra radioteleskoper [3]. Sådan et tæt dobbeltstjernesystem udstråler gravitationelle bølger og mister energi. Dette får omløbstiden til at ændre sig meget lidt, og forudsigelser af denne ændring fra den generelle relativitetsteori og andre konkurrerende teorier er forskellige.

"Vores radioobservationer var så præcise, at vi allerede har været i stand til at måle en ændring i omløbstiden på en 8 millionendedel af et sekund om året, præcis hvad Einstiens teori forudsiger," konstaterer Poulo Freire, et andet holdmedlem.
Dette er kun begyndelsen af detaljerede studier af dette unikke objekt, og astronomer vil bruge det til at teste den generelle relativitetsteori med endnu større præcision som tiden går.

Noter

[1] Generel relativitet er ikke i overensstemmelse med den anden store teori fra det tyvende århundredes fysik – kvantemekanik. Den forudsiger singulariteter under nogle omstændigheder, hvor nogle egenskaber går mod uendeligheder, dette er for eksempel i centrum af et sort hul.

[2] Den første binære pulsar PSR B1913+16 blev opdaget af Joseph Hooton Taylor, Jr. og Russel Hulse, hvilket de vandt Nobelprisen i fysik for i 1993. De målte faktisk ændringerne i egenskaberne af dette bemærkelsesværdige objekt, og viste at de var præcist i overensstemmelse med gravitationel bølge energitab, der forudsiges af generel relativitet.

[3] Dette arbejde gjorde brug af data fra radioteleskoperne; Effelsberg, Arecibo og Green Bank samt de optiske teleskoper; ESOs Very Large Telescope og William Herschel Telescope.  

Mere information

Denne forskning kan ses i artiklen “A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Orbit”, af John Antoniadis et al., der udkommer i journalen Science den 26. spril 2013.

Holdet bestod af John Antoniadis (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Tyskland), Paulo C. C. Freire (MPIfR), Norbert Wex (MPIfR), Thomas M. Tauris (Argelander Institut für Astronomie, Bonn, Tyskland; MPIfR), Ryan S. Lynch (McGill University, Montreal, Canada), Marten H. van Kerkwijk (University of Toronto, Canada), Michael Kramer (MPIfR; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, The University of Manchester, Storbritannien), Cees Bassa (Jodrell Bank), Vik S. Dhillon (University of Sheffield, Storbritannien), Thomas Driebe (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Bonn, Tyskland), Jason W. T. Hessels (ASTRON, the Netherlands Institute for Radio Astronomy, Dwingeloo, Holland; University of Amsterdam, Holland), Victoria M. Kaspi (McGill University), Vladislav I. Kondratiev (ASTRON; Lebedev Physical Institute, Moskva, Rusland), Norbert Langer (Argelander Institut für Astronomie), Thomas R. Marsh (University of Warwick, Storbritanien), Maura A. McLaughlin (West Virginia University), Timothy T. Pennucci (Department of Astronomy, University of Virginia) Scott M. Ransom (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA), Ingrid H. Stairs (University of British Columbia, Vancouver, Canada), Joeri van Leeuwen (ASTRON; University of Amsterdam), Joris P. W. Verbiest (MPIfR), David G. Whelan (Department of Astronomy, University of Virginia).

ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESOs aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 39 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Billeder af VLT

Kontakter

John Antoniadis
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tel: +49-228-525-181
E-mail: jantoniadis@mpifr-bonn.mpg.de

Michael Kramer
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tel: +49-228-525-278
E-mail: mkramer@mpifr-bonn.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1319 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.