Představte si, že jste astronom se zajímavými představami o tajných zákonech vesmíru. Jako každý dobrý vědec plánujete experiment, který otestuje vaši hypotézu. A pak najednou špatná zpráva: neexistuje žádný způsob, jak to otestovat, s výjimkou snad počítačové simulace. Kosmické objekty jsou příliš velké a nepohodlné k tomu, aby rostly v Petriho misce nebo se srazily jako subatomické částice.
Naštěstí jsou v prostoru vzácná místa, kde příroda provádí své vlastní experimenty - jako PSR J0337 + 1715. Tento trojitý systém byl poprvé pozorován v roce 2012 a v roce 2014 vědci oficiálně oznámili jeho objev. Nachází se ve vzdálenosti 4200 světelných let v souhvězdí Býk.
Tři mrtvá hvězdná jádra se točí v tanci, který by mohl potvrdit - nebo vést k revizi - Einsteinovu myšlenku na časoprostor. Sázky jsou vysoké. V 70. letech poskytl systém dvou mrtvých hvězd silné, byť nepřímé důkazy podporující Einsteinovu teorii obecné relativity a že gravitační vlny, které LIGO nakonec našel, existovaly. Za tuto práci vědci získali Nobelovu cenu.
Abychom pochopili PSR J0337 + 1715 jako součást experimentu, Joshua Sokol s New Scientist navrhuje reprezentovat ji jako fyzické umístění. Přibližně ve stejné vzdálenosti od středu systému, ve kterém se Země točí kolem Slunce, leží studený bílý trpaslík, zbytky ztuhlého jádra hvězdy, jako je ta naše. Trochu dál je další teplejší bílý trpaslík. Na obloze by se mělo „křičet jasně“, říká Scott Ransome z observatoře Astronomie National Radio Astronomy ve Virginii, který dohlíží na tento systém.
Každých 1,6 dne obíhá tento bílý bílý trpaslík společníka, který je pouhým okem neviditelný. Ale v rentgenovém nebo gama vidění jsou dva bílí trpaslíci relativně slabí ve srovnání se svým společníkem, kulovitým 24 kilometrovým objektem, jehož hmotnost je jeden a půlkrát větší než hmotnost Slunce.
Je to pulsar, zbytek mnohem větší hvězdy. Otáčí se jednou za 2,73 milisekundy jako démon kosmického prachu. Každá rotace uvolní paprsek rádiových vln do nebe, který dosáhne Země s každou rotací - používáme jeho ultra přesné signály jako kosmické hodiny. A protože tato těla mají intenzivní, spletitá gravitační pole a máme k nim vázané hodiny, bylo by velmi vhodné testovat Einsteina.
Ransomův tým sleduje tikání pulsaru, měří, jak se mění oběžné dráhy tří těl, a porovnává výsledky s predikcemi Einsteinovy teorie. Zvláště vážně se zaměřují na jeden nápad.
Vzpomeňte si na apokryfní příběh Galileo na Šikmé věži v Pise, který hodil předměty na zem, aby ukázal, že různé masy potřebují stejnou vzdálenost k letu stejnou vzdálenost. Astronaut David Scott provedl stejný experiment na Měsíci s peřím a kladivem.
Propagační video:
Princip tzv. Silné ekvivalence v obecné relativitě pokračuje v této myšlence. Tvrdí, že i objekty s vlastním gravitačním polem by měly reagovat na gravitaci stejným způsobem jako ostatní.
Stejně jako u peří a kladiva by se vnitřní bílý trpaslík a mnohem těžší pulsar měly chovat stejně jako gravitační tah vnějšího bílého trpaslíka. Pokud ne, oběžné dráhy vnitřního páru se prodlouží, než se očekávalo - a bude porušen princip ekvivalence a obecná relativita je špatná.
A pak bude šok a hrůza. Ale takový šok by se dalo dříve nebo později očekávat, protože obecná relativita je známá tím, že nechce být přáteli s jinými přírodními teoriemi.
"Jakákoli teorie gravitace jiná než obecná relativita v podstatě předpovídá, že silný princip ekvivalence na určité úrovni selže," říká Ransome.
Na září Pulsarské konferenci ve Velké Británii doufá Ransomův tým, že oznámí nové výsledky, počínaje prací Anny Archibaldové, která otestuje princip ekvivalence 50 až 100krát lépe než kdykoli předtím. Ještě to neučinili, říká Ransom, protože existují určité datové vzorce, které, jak se zdá, porušují zásadu rovnocennosti, kterou je třeba blíže prozkoumat.
"To bude samozřejmě mocné, proto se chceme ujistit, že data správně chápeme," říká Ransom. V současné době počítače stále provádějí analýzu.
Jaké jsou šance, že když práce vyjde, lidé budou nadšeni?
"Většina lidí věří, že silný princip rovnocennosti nemůže na této úrovni selhat." To je jeden z důvodů, proč neustále třeseme hlavou proti zdi. “
Možná je PSR J0337 + 1715 dokonalým vesmírným experimentem: experiment, ve kterém se obecná relativita definitivně zlomí, nikoli na papíře, ale určitě. Nebo budeme čekat trochu déle.
Ilya Khel