Общая теория относительности выдержала, пожалуй, самый сложный вызов на сегодняшний день.
Теория, которую Альберт Эйнштейн опубликовал в 1916 году, произвела революцию в нашем понимании физики и космоса. Она объясняет гравитацию как следствие гибкости пространства-времени: массивные объекты деформируют пространство-время, создавая впадины, вокруг которых вращаются другие тела.
Ученые неоднократно проверяли общую теорию относительности на протяжении последних 105 лет, пытаясь найти ситуации или обстоятельства, в которых она оказывается недостаточной. В новом исследовании ученые сообщают о результатах одного из самых амбициозных и сложных вызовов общей теории относительности, когда-либо предпринимавшихся. Они проанализировали наблюдения системы с двойным пульсаром, сделанные семью различными радиотелескопами по всему миру с 2003 по 2019 год.
Пульсары - это разновидность нейтронной звезды или сверхплотного звездного остатка, которые излучают мощные пучки излучения и частицы со своих магнитных полюсов. Эти лучи непрерывны, но они кажутся пульсирующими (отсюда и название), потому что пульсары вращаются; этот свет можно увидеть только тогда, когда полюс направлен на Землю.
Пара пульсаров, которую исследовала группа, находится примерно в 2400 световых годах от Земли. Один из пульсаров вращается 44 раза в секунду, в то время как другой совершает один оборот каждые 2,8 секунды. По словам членов команды, два объекта вращаются вокруг общего центра масс каждые 147 минут, каждый из них движется в пространстве со скоростью около 1 миллион километров в час.
"Такое быстрое орбитальное движение компактных объектов, подобных этим, - они примерно на 30% массивнее Солнца, но всего около 24 километров в поперечнике - позволяет нам проверить множество различных предсказаний общей теории относительности - всего семь!", - говорится в заявлении соавтора исследования Дика Манчестера из Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO), национального научного агентства Австралии.
И качество соответствовало количеству: исследование достигло уровней точности, беспрецедентных для проверки общей теории относительности, сказали члены команды.
"Помимо гравитационных волн и распространения света, наша точность позволяет нам также измерять эффект «замедления времени», из-за которого часы замедляются в гравитационных полях", - сказал Манчестер. "Нам даже нужно принять во внимание знаменитое уравнение E = mc2 при рассмотрении влияния электромагнитного излучения, испускаемого быстро вращающимся пульсаром, на орбитальное движение".
Как показало исследование, все семь проверенных предсказаний подтвердились. Таким образом, общая теория относительности остается непобежденной - но это не означает, что исследователи должны прекратить попытки найти в ней трещины.
"Общая теория относительности несовместима с другими фундаментальными силами, описанными квантовой механикой. Поэтому важно продолжать проводить самые строгие тесты на общую теорию относительности, насколько это возможно, чтобы выяснить, как и когда теория рушится", - сказал соавтор Роберт Фердман, физик из Университета Восточной Англии, в том же заявлении.
"Обнаружение любого отклонения от общей теории относительности стало бы крупным открытием, которое открыло бы окно в новую физику, выходящую за рамки нашего нынешнего теоретического понимания Вселенной", - добавил Фердман. "И это может помочь нам в конечном итоге открыть единую теорию фундаментальных сил природы".