Einstein měl pravdu! Alespoň prozatím.

ESO 019/13 tisková zpráva

Rekordní pulsar testuje teorii relativity novým způsobem

Astronomové použili dalekohled ESO/VLT v kombinaci s radioteleskopy po celém světě, aby prozkoumali velmi neobvyklou dvojici objektů. Hvězdný pár tvoří dosud nejhmotnější známá neutronová hvězda a bílý trpaslík, který kolem ní obíhá. Tento podivný systém umožňuje testovat předpovědi Einsteinovy teorie gravitace – obecné teorie relativity – způsobem, jaký dosud nebyl možný. Zatím provedená pozorování přesně odpovídají předpovědím obecné relativity a naopak jsou v rozporu s některými alternativními teoriemi. Výsledky byly publikovány v odborném vědeckém časopise Science.

Mezinárodní tým vědců objevil exotický pár objektů obsahující drobnou, ale neobvykle hmotnou, neutronovou hvězdu otáčející se 25krát za sekundu, kolem které každé 2,5 hodiny oběhne bílý trpaslík. Neutronová hvězda je navíc pulsarem. Vyzařuje rádiové vlny, které je možné zachytit pomocí radioteleskopu. I když je tento pár zajímavý sám o sobě, představuje navíc unikátní laboratoř, ve které je možné testovat limity současných fyzikálních teorií. 

Pulsar nese označení PSR J0348+0432 a jedná se o pozůstatek po výbuchu supernovy. Přestože má v průměru jen 20 km, je dvakrát hmotnější než Slunce. Gravitace na jeho povrchu je více než 300 miliardkrát silnější než na Zemi. Hmota v jeho středu je stlačena tak, že ve stejném objemu, jako má kostka cukru, je napěchována miliarda tun hmoty. Jeho souputník – bílí trpaslík – je o něco méně exotický. Jedná se o zářící pozůstatek mnohem lehčí hvězdy, která ztratila svou atmosféru a pomalu chladne.

„Systém jsem pozoroval pomocí dalekohledu ESO/VLT. Hledal jsem změny v intenzitě světla vyzařovaného bílým trpaslíkem, které vznikají díky jeho pohybu kolem pulsaru,“ říká hlavní autor článku John Antoniadis (PhD student, Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Německo). „Rychlý výpočet ukázal, že pulsar musí být docela 'těžká váha'. Je dvakrát hmotnější než Slunce, což z něj dělá nejen nejhmotnější neutronovou hvězdu, jakou známe, ale také výbornou laboratoř pro testování fyzikálních zákonů“.

Einsteinova obecná teorie relativity, která popisuje gravitaci jako důsledek zakřivení prostoročasu přítomnou hmotou a energií, přestála od svého zveřejnění před téměř stoletím všechny možné testy. Nemůže však být konečným vysvětlením a jednou ve svých předpovědích selže [1]. 

Fyzikové navrhli i jiné teorie gravitace, které dávají odlišné předpovědi než obecná relativita. V případě některých alternativních teorií gravitace se rozdíly v předpovědi projeví jen v extrémně silném gravitačním poli, jaké ve Sluneční soustavě nenajdeme. Z pohledu gravitace je PSR J0348+0432 opravdu extrémní objekt, a to i ve srovnání s jinými pulsary, které byly k testování Einsteinovy obecné relativity použity v minulosti [2]. V takto silném gravitačním poli vyvolá malá změna hmotnosti výrazné změny v okolním časoprostoru. Až dosud astronomové nevěděli, co se v okolí takto hmotné neutronové hvězdy může odehrát. Pulsar PSR J0348+0432 nabízí úplně novou a mimořádnou příležitost, jak testování obecné relativity posunout na vyšší úroveň.

Členové týmu zkombinovali pozorování bílého trpaslíka provedená dalekohledem ESO/VLT s velmi přesným měřením periody pulsaru pomocí radioteleskopů [3]. Takto těsná dvojhvězda vyzařuje gravitační vlny a ztrácí energii. Díky domu se pomalu mění perioda oběhu a předpovědi úrovně těchto změn vyplývající z obecné relativity se liší od alternativních teorií.

„Naše pozorování v rádiovém oboru byla tak přesná, že jsme byli schopni detekovat změnu oběžné doby na úrovni 8 miliontin sekundy za rok, což je přesně hodnota, kterou předpovídá Einsteinova teorie,“ prohlásil Paulo Freire, jeden z členů týmu.

A to je jen začátek detailního výzkumu této unikátní dvojice objektů. Astronomové ji v budoucnosti budou používat k testování obecné teorie relativity s čím dál větší přesností.

Zdroj

Poznámky

[1] Obecná teorie relativity je v rozporu s jinou velkou fyzikální teorií dvacátého století – s kvantovou mechanikou. Za určitých okolností připouští takzvané singularity, tj. oblasti, ve kterých některé veličiny nabývají nekonečných hodnot (například střed černé díry).

[2] První pulsar v dvojhvězdném systému (PSR B1913+16) nalezli J. H. Taylor a R. Hulse. Za svůj objev obdrželi v roce 1993 Nobelovu cenu za fyziku. Přesně proměřili změny vlastností tohoto významného objektu a ukázali, že přesně odpovídají ztrátám energie v důsledku gravitačního vyzařování předpověděného obecnou relativitou.

[3] V práci byla použita pozorování pomocí radioteleskopů Effelsberg, Arecibo a Green Bank; a dále pozemních optických dalekohledů ESO/VLT a William Herschel Telescope.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Orbit” autorů John Antoniadis a kol., který byl publikován ve vědeckém časopise Science.

Složení týmu: John Antoniadis (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Německo), Paulo C. C. Freire (MPIfR), Norbert Wex (MPIfR), Thomas M. Tauris (Argelander Institut für Astronomie, Bonn, Německo; MPIfR), Ryan S. Lynch (McGill University, Montreal, Kanada), Marten H. van Kerkwijk (University of Toronto, Kanada), Michael Kramer (MPIfR; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, The University of Manchester, UK), Cees Bassa (Jodrell Bank), Vik S. Dhillon (University of Sheffield, UK), Thomas Driebe (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Bonn, Německo), Jason W. T. Hessels (ASTRON, the Netherlands Institute for Radio Astronomy, Dwingeloo, Nizozemí; University of Amsterdam, Nizozemí), Victoria M. Kaspi (McGill University), Vladislav I. Kondratiev (ASTRON; Lebedev Physical Institute, Moscow, Rusko), Norbert Langer (Argelander Institut für Astronomie), Thomas R. Marsh (University of Warwick, UK), 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, Kanada), Joeri van Leeuwen (ASTRON; University of Amsterdam), Joris P. W. Verbiest (MPIfR), David G. Whelan (Department of Astronomy, University of Virginia).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

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

Michael Kramer; Max-Planck-Institut für Radioastronomie; Bonn, Germany; Tel.: +49-228-525-278; Email: 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
Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1319. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.