Astronomer har fundet og studeret et bizart stjernepar, der består af den tungeste neutronstjerne, der indtil nu er fundet og med en hvid dværgstjerne i kredsløb. Dette mærkelige nye binære system gør det muligt at teste Einsteins gravitationsteori – den generelle relativitetsteori - på måder der ikke var muligt før nu.
Indtil videre har de nye observationer stemt præcist overens med forudsigelserne fra den generelle relativitetsteori, og er i strid med nogle alternative teorier. Resultaterne vil kunne ses i journalen Science den 26. april 2013.
Et internationalt hold har opdaget et eksotisk dobbeltobjekt, der udgøres af en lille, men usædvanlig tung, neutronstjerne der drejer om sig selv 25 gange i sekundet med en hvid dværgstjerne med et kredsløb på to en halv time. Neutronstjernen er en pulsar, der udsender radiobølger, der kan ses med Jordens radioteleskoper. Selvom dette usædvanlige par er meget interessante i sig selv, er det også et unikt laboratorium til at teste grænserne for fysiske teorier.
Pulsaren har fået navnet PSR J0349+0432, og er resterne af en supernovaeksplosion. Den er dobbelt så tung som Solen men kun 20km på langs. Tyngdekraften ved overfladen er mere end 300 milliarder gange kraftigere end på Jorden, og ved dens centrum er 1 milliarder tons materiale trykket sammen til noget, der fylder det samme som en sukkerknald. Dens ledsagende hvide dværgstjerne er kun en smule mindre eksotisk; den er de glødende rester af en meget lettere stjerne, der har mistet sin atmosfære og køles langsomt.
"Jeg observerede systemet med ESOs Very Large Telescope, og kiggede efter ændringer i lyset udsendt fra den hvide dværg, grundet dens bevægelse omkring pulsaren" siger John Antoniadis der er ph.d. studerende ved Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn og hovedforfatter på artiklen. "En hurtig analyse på stedet fik mig til at indse, at pulsaren var noget af en sværvægter. Den har det dobbelte af Solens masse, hvilket gør den til den tungeste neutronstjerne, som vi kender til og også et fantastisk laboratorium for fundamental fysik."
Einsteins generelle relativitetsteori der forklarer tyngdekraften som en konsekvens af rum-tidens krumning, hvilket skabes ved tilstedeværelsen af masse og energi, er kommet helskindet igennem alle prøvelser siden den først udkom næsten et århundrede siden. Men den kan ikke være den endelige forklaring, og må med tiden bryde sammen.
Fysikere har fremstillet andre teorier for tyngdekraften, der laver andre forudsigelser end den generelle relativitetsteori. For nogle af disse alternativer vil forskellene kun vise sig i ekstremt stærke tyngdefelter, der ikke kan eksistere i vores solsystem. Når det kommer til tyngdekraft, er PSR J0348+0432 i sandhed et ekstremt objekt, selv sammenlignet med andre pulsarer der er blevet brugt til højpræcitions test af Einsteins generelle relativitet. I sådanne stærke tyngdefelter kan små stigninger i massen skabe store ændringer i rum-tiden omkring disse objekter. Indtil nu havde astronomer ingen idé om, hvad der ville ske i nærheden af sådan en tung neutronstjerne som PSR J0348+0432. Det giver en unik mulighed for at teste i nye områder.
Holdet kombinerede Very Large Telescope observationer af den hvide dværgstjerne med meget præcis tidtagning af pulsaren fra radioteleskoper. Sådan et tæt dobbeltstjernesystem udstråler gravitationelle bølger og mister energi. Dette får omløbstiden til at ændre sig meget lidt, og forudsigelser af denne ændring fra den generelle relativitetsteori og andre konkurrerende teorier er forskellige.
"Vores radioobservationer var så præcise, at vi allerede har været i stand til at måle en ændring i omløbstiden på en 8 millionendedel af et sekund om året, præcis hvad Einstiens teori forudsiger," konstaterer Poulo Freire, et andet holdmedlem.
Dette er kun begyndelsen af detaljerede studier af dette unikke objekt, og astronomer vil bruge det til at teste den generelle relativitetsteori med endnu større præcision som tiden går.
Kilde: ESO