Астрономы с помощью телескопа Грин-Бэнк (GBT) Национального научного фонда (NSF) в Западной Вирджинии и его обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико провели 21-летнее исследование, чтобы точно измерить устойчивый "тик-тик-тик" пульсара, известного как PSR J1713. +0747. Это кропотливое исследование привело к наилучшему ограничению гравитационной постоянной, измеренной за пределами нашей Солнечной системы.
Пульсары — это быстро вращающиеся сверхплотные останки массивных звезд, которые взорвались как сверхновые. Они обнаруживаются с Земли лучами радиоволн, которые исходят от их магнитных полюсов и распространяются по космосу при вращении пульсара. Поскольку они феноменально плотны и массивны, но при этом сравнительно малы — всего 20-25 километров в поперечнике — некоторые пульсары способны поддерживать скорость своего вращения с постоянством, которое может соперничать с лучшими атомными часами на Земле. Это делает пульсары исключительными космическими лабораториями для изучения фундаментальной природы пространства, времени и гравитации.
Этот пульсар находится примерно в 3750 световых годах от Земли. Он вращается вокруг звезды-компаньона, белого карлика, и является одним из самых ярких и стабильных известных пульсаров. Предыдущие исследования показывают, что пульсару требуется около 68 дней, чтобы облететь своего белого карлика-компаньона, а это означает, что они имеют необычно широкую орбиту.
Это разделение важно для изучения гравитации, потому что эффект гравитационного излучения — постоянное преобразование орбитальной скорости в гравитационные волны, как предсказал Эйнштейн — невероятно мал и окажет незначительное влияние на орбиту пульсара. Более заметное изменение орбиты снизило бы точность эксперимента по синхронизации пульсаров.«Странная стабильность этого звездного остатка предлагает интригующее свидетельство того, что фундаментальная сила гравитации — большая буква G в физике — остается твердой как скала во всем космосе», — сказал Вэйвэй Чжу, астроном, ранее работавший в Университете Британской Колумбии.
Канада и ведущий автор исследования, принятого для публикации в Astrophysical Journal. «Это наблюдение имеет важное значение для космологии и некоторых фундаментальных сил физики».«Гравитация — это сила, которая связывает звезды, планеты и галактики вместе, — сказал Скотт Рэнсом, астроном из Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния. — Хотя на Земле она кажется постоянной и универсальной, в ней есть некоторые теории. космологии, которые предполагают, что гравитация может меняться со временем или может отличаться в разных уголках Вселенной ».Данные, полученные в ходе этого эксперимента, согласуются с неизменной гравитационной постоянной в далекой звездной системе.
Более ранние связанные с этим исследования в нашей Солнечной системе, основанные на точных лазерных исследованиях расстояния Земля-Луна, обнаружили такое же постоянство с течением времени.«Эти результаты — новые и старые — позволяют нам с большой уверенностью исключить, что могут быть« особые »времена или места с различным гравитационным поведением», — добавила Ингрид Стэйрс, соавтор из Университета Британской Колумбии в Канаде. . «Теории гравитации, которые отличаются от общей теории относительности, часто делают такие предсказания, и мы наложили новые ограничения на параметры, описывающие эти теории».
Чжу пришел к выводу: «Гравитационная постоянная является фундаментальной константой физики, поэтому важно проверить это основное предположение, используя объекты в разных местах, в разное время и в различных условиях гравитации. Тот факт, что мы видим, что гравитация действует в нашей Солнечной системе так же, как и в далекой звездной системе помогает подтвердить, что гравитационная постоянная действительно универсальна ".
Эта работа была частью Североамериканской наногерцовой обсерватории гравитационных волн (NANOGrav), Центра физических границ, финансируемого NSF.