الزمكان يدور حول نجم ميت ، يثبت أينشتاين مرة أخرى

Send

توضيح الفنان لسحب إطار Lense-Thirring الناتج عن قزم أبيض دوار في نظام النجوم الثنائية PSR J1141-6545.

(الصورة: © مارك مايرز ، مركز ARC المتميز لاكتشاف موجات الجاذبية (OzGrav))

أكدت الطريقة التي يدور بها نسيج المكان والزمان في دوامة كونية حول نجم ميت على توقع آخر من نظرية النسبية العامة لأينشتاين، وجدت دراسة جديدة.

هذا التنبؤ هو ظاهرة تعرف باسم سحب الإطار ، أو تأثير Lense-Thirring. وينص على أن الزمكان سوف يدور حول جسم ضخم دوار. على سبيل المثال ، تخيل أن الأرض مغمورة في العسل. عندما يدور الكوكب ، يدور العسل حوله - وينطبق الشيء نفسه على الزمكان.

كشفت تجارب الأقمار الصناعية سحب الإطار في مجال الجاذبية لتدوير الأرض، ولكن التأثير صغير للغاية ، وبالتالي كان من الصعب قياسه. تقدم الأجسام ذات الكتل الأكبر ومجالات الجاذبية الأكثر قوة ، مثل الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية ، فرصًا أفضل لرؤية هذه الظاهرة.

ركز العلماء على PSR J1141-6545 ، وهو نبض شاب يبلغ حوالي 1.27 مرة كتلة الشمس. يقع النجم النابض على بعد 10000 إلى 25000 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة Musca (الذبابة) ، التي تقع بالقرب من كوكبة Southern Cross الشهيرة.

النجم النابض هو نجم نيوتروني سريع الدوران ينبعث من موجات الراديو على طول أقطابه المغناطيسية. (النجوم النيوترونية هي جثث النجوم التي ماتت في انفجارات كارثية تعرف باسم السوبرنوفا. إن جاذبية هذه البقايا قوية بما يكفي لسحق البروتونات مع الإلكترونات لتكوين النيوترونات.)

يدور PSR J1141-6545 حول قزم أبيض بكتلة تعادل كتلة الشمس تقريبًا. الأقزام البيضاء هي النوى الكثيفة بحجم الأرض من النجوم الميتة التي تُركت بعد أن استنفدت النجوم متوسطة الحجم وقودها وإلقاء طبقاتها الخارجية. ستصبح شمسنا قزمًا أبيض في يوم من الأيام ، وكذلك أكثر من 90٪ من جميع النجوم في مجرتنا.

يدور النجم النابض حول القزم الأبيض في مدار ضيق وسريع يقل طوله عن 5 ساعات ، ويندفع عبر الفضاء بسرعة حوالي 620.000 ميل في الساعة (مليون كيلومتر / ساعة) ، مع أقصى فصل بين النجوم لا يكاد يتجاوز حجم شمسنا ، دراسة قال المؤلف الرئيسي فيفيك فينكاترامان كريشنان ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون ، ألمانيا لموقع Space.com.

قام الباحثون بقياس الوقت الذي وصلت فيه النبضات من النجم النابض إلى الأرض بدقة في غضون 100 ميكروثانية على مدى ما يقرب من 20 عامًا ، باستخدام تلسكوبات باركس و UTMOST الراديوية في أستراليا. هذا سمح لهم باكتشاف انجراف طويل المدى في الطريقة التي يدور فيها النجم النابض والقزم الأبيض معًا.

بعد القضاء على الأسباب المحتملة الأخرى لهذا الانجراف ، استنتج العلماء أن ذلك كان نتيجة سحب الإطار: الطريقة التي يسحب بها القزم الأبيض سريع الدوران في الزمكان تسبب في تغيير مداره النابض ببطء في اتجاهه بمرور الوقت. استنادًا إلى مستوى سحب الإطار ، حسب الباحثون أن القزم الأبيض يدور حول محوره حوالي 30 مرة في الساعة.

اقترح بحث سابق أن القزم الأبيض تشكل قبل النجم النابض في هذا النظام الثنائي. أحد تنبؤات هذه النماذج النظرية هو أنه قبل حدوث المستعر الأعظم الذي يشكّل النجم النابض ، ألقى سلف النجم النابض ما يقرب من 20000 كتلة من كتل الأرض على القزم الأبيض على مدار حوالي 16000 سنة ، مما زاد من معدل دورانها.

وقال فينكاترامان كريشنان: "أنظمة مثل PSR J1141-6545 ، حيث يكون النجم النابض أصغر من القزم الأبيض ، نادرة جدًا". الدراسة الجديدة "تؤكد فرضية طويلة الأمد لكيفية ظهور هذا النظام الثنائي ، وهو أمر تم اقتراحه منذ أكثر من عقدين".

لاحظ الباحثون أنهم استخدموا سحب الإطار لإعطاء نظرة ثاقبة للنجم الدوار الذي تسبب في ذلك. في المستقبل ، كما قالوا ، يمكنهم استخدام طريقة مماثلة لتحليل النجوم النيوترونية الثنائية لمعرفة المزيد عن تكوينها الداخلي ، "والتي ، حتى بعد أكثر من 50 عامًا من ملاحظتها ، لم يكن لدينا بعد مقبض ،" Venkatraman قال كريشنان. "إن كثافة المادة داخل النجم النيوتروني تتجاوز بكثير ما يمكن تحقيقه في المختبر ، لذلك هناك الكثير من الفيزياء الجديدة التي يمكن تعلمها باستخدام هذه التقنية لمضاعفة أنظمة النجم النيوتروني."

مفصل العلماء النتائج التي توصلوا إليها عبر الإنترنت اليوم (30 يناير) في مجلة Science.