Spatiu-timp si relativitatePulsarii sunt stele neutronice care se rotesc rapid şi emit pulsaţii radio periodice pe măsură ce se rotesc. Ca atare, ei acţionează ca nişte ceasuri care permit monitorizarea foarte precisă a mişcării lor orbitale. Despre acest test al relativităţii generale, în cele ce urmează.

 

 

 

Efectul Shapiro de întârziere (8)

Verificările bazate pe aceste obiecte sunt deosebit de valoroase, deoarece ele ne permit să sondăm câmpuri gravitaţionale mai puternice decât cele din propriul nostru sistem solar: nu câmp-puternic cu orice înţeles, dar fără îndoială „câmp-moderat” pentru verificări. Primul pulsar binar (un pulsar şi un alt obiect pe orbită, rotindu-se unul în jurul celuilalt), a fost descoperit în 1974 de către Joseph Taylor şi Russell Hulse în timpul unei căutări de rutină pentru găsirea de noi pulsari; el a primit numele prozaic de B1913+16. Însoţitorul este, de asemenea, un obiect compact, probabil o stea neutronică.

Hulse
Russell Hulse

Întrucât ele se rotesc una în jurul celeilalte, ambele stele sunt permanent accelerate, ceea ce le face să emită radiaţii gravitaţionale în acelaşi mod în care o sarcină electrică accelerată emite radiaţii electromagnetice. Emiterea de radiaţii duce la pierderea de energie de către sistem şi ca urmare la apropierea în spirală a uneia faţă de cealaltă, ceea ce are ca rezultat o accelerare treptată a pulsaţiilor de la pulsar. Măsurători precise de sincronizare permit reconstituirea a trei efecte relativiste: rata medie de deplasare a periastrului, o combinaţie de deplasare gravitaţională spre roşu cu dilatarea timpului (conform teoriei relativităţii speciale) precum şi rata de schimbare a perioadei orbitale. Împreună, aceste trei piese de informaţii impun trei constrângeri celor două mase necunoscute; constrângerea suplimentară poate fi folosită apoi pentru verificarea predicţiei teoretice referitoare la pierderea de energie. Dacă relativitatea generală se consideră a fi valabilă, atunci toate cele trei constrângeri sunt satisfăcute simultan, cu o precizie de 0,2% sau mai bună. Pentru munca lor, Hulse şi Taylor au fost răsplătiţi cu Premiul Nobel în 1993.

 


La momentul 0:35, o animaţie care înfăţişează radiaţia gravitaţională de la un pulsar binar

 

Observaţiile realizate prin intermediul verificării cu ajutorul pulsarului binar nu constituie o detectare directă a undelor gravitaţionale; observăm doar o pierdere de energie care este conformă cu emisia de radiaţii gravitaţionale în acord deplin cu formula cvadripolară a lui Einstein (pe care, întâmplător, el l-a obţinut în timp ce era ţintuit la pat de un ulcer stomacal, în 1917). Cu toate acestea, este o părere larg acceptată că undele gravitaţionale există şi se speră că ele vor fi direct detectate în cele din urmă (a se vedea în articolul următor al seriei).

Din 2006 au fost descoperite nouă sisteme binare relativiste cu perioade orbitale mai scurte de o zi. Unele, cum ar fi B2127+11 C, sunt clone virtuale ale B1913+16, în timp ce altele apar ca potenţiale verificări viitoare ale teoriei lui Einstein, cum ar fi B1534+12 (al cărui plan orbital este văzut aproape pe muchie) şi J1141-6545 (în care steaua însoţitoare este probabil o pitică albă, mai degrabă decât o stea neutronică). Dar cel mai fascinant este sistemul de pulsari dublu J0737-3039, recent descoperit, în care pulsaţiile radio sunt detectate de la ambele stele, oferindu-ne atât de multe informaţii deoarece cele două mase sunt limitate mai degrabă de şase constrângeri decât de trei, permiţând patru verificări independente ale relativităţii generale.

Joseph Taylor
Joseph Taylor

Faptul că toate cele patru dintre aceste verificări sunt în concordanţă unele cu altele reprezintă, în sine, o impresionantă confirmare a teoriei. După doi ani şi jumătate de observaţii, cel mai precis dintre teste (efectul Shapiro de întârziere) verifică teoria lui Einstein cu o precizie de 0,05%.

Relativitatea. Undele gravitaţionale (10)

Traducere după Testing Einstein's, cu acordul autorului.
Traducerea: Mircea Ştefan Moldovan