Kosmisk "dubbel fyr" bekräftar Einstein

Det dubbla pulsarsystemet uppfyller den allmänna relativiteten upp till 0, 05 procent

Cirkulära pulsars © John Rowe Animations
läsa högt

Astronomer har nu visat, med hjälp av ett par kretsande pulsars, att Albert Einsteins teoretiska teori om allmän teori om relativitet är korrekt och exakt till 0, 05 procent. Forskarna har publicerat detta tydligaste bevis hittills i onlineutgåvan av tidskriften Science. Samtidigt ger mätningarna också indirekta bevis för förekomsten av gravitationella vågor som också postuleras av Einstein.

Ett internationellt forskarteam, ledat av professor Michael Kramer från Jodrell Bank Observatory, University of Manchester, observerade tvillingpulsarsystemet sedan det upptäcktes 2003 med tre av världens starkaste teleskoper, Parkes Radio Telescope i New South Wales, Lovell Telescope i USA Nära Manchester i Storbritannien och Robert C. Byrd Green Bank Telescope i West Virginia, USA.

Kosmiska fyrar i dubbel förpackning

Det dubbla pulsarsystemet PSR J0737-3039A och B är det enda kända systemet där två radiopulsars kretsar kring varandra. Det är beläget cirka 2 000 ljusår från Jorden i konstellationen Puppis. De två massiva, extremt täta neutronstjärnorna har en diameter på bara cirka 20 kilometer, men har mer massa än solen. Drygt en miljon mil från varandra behöver de bara 2, 4 timmar för att kretsa. I likhet med kosmiska fyrar avger båda stjärnorna starka fokuserade strålar av radiovågor som kan observeras från jorden som radiopulser.

Astronomerna mätte de små variationerna i ankomsttiderna för radiopulserna och fann att de motsvarade exakt förutsägelserna från Einsteins relativitetsteori för två massiva objekt som kretsar kring varandra. "Detta är det strängaste testet som någonsin gjorts av General Relativity i närvaro av mycket starka gravitationsfält, " förklarar Kramer. "Endast svarta hål visar starkare gravitationseffekter, men naturligtvis är de mycket svårare att observera."

Rymdtid böjd

Parkes radioteleskop © Shaun Amy

Från radiopulserna kan astronomer också bestämma avståndet mellan de två pulsarna från deras gemensamma tyngdpunkt, som Ingrid Stairs, medförfattare till publikationen och astronom vid University of British Columbia förklarar. "Den tyngre pulsaren är närmare masscentret eller hjulcentret än den lättare, och från det kan vi beräkna förhållandet mellan de två massorna." Display

Andra effekter som förutses av relativitetsteorin kan också observeras på paret av pulsars: Således är rymdtiden runt pulsaren B krökt och den inre klockan hos den andra pulsaren går långsammare när den gör dykar djupare in i hans partners gravitationsfält. Detta är läsbart av pulsernas rytm. Avståndet mellan de två pulserna krymper med sju millimeter per dag. För astronomerna en indikation på att systemet kunde avge gravitationsvågor i rymden, som sprider sig med ljusets hastighet genom rymden.

Gravitationsvågor ockuperade indirekt

"Dessa vågor har ännu inte direkt upptäckts", förklarar Dick Manchester från det australiensiska ATNF-teleskopet, men "som ett resultat skulle det dubbla pulsarsystemet förlora energi. Detta tillåter i sin tur de två neutronstjärnorna att röra sig i en spiral mot varandra med exakt det belopp vi också har observerat. Därför ger våra observationer ett indirekt bevis på att det finns gravitationsvågor

Astronomer hoppas att de under de närmaste åren kommer att kunna göra ännu mer exakta mätningar i detta system för att bestämma andra egenskaper, såsom trögheten hos en neutronstjärna. Detta mätningar kan vara mycket svåra, men om vi kan göra det med en precision på bara 30 procent, kan vi få klarhet i vilken av de många olika idéerna om Naturen av neutronstjärnämne är nu sant, förklarar George Hobbs, projektdeltagare i National Australian Telescope Facility ATNF.

(CSIRO, 18.09.2006 - NPO)