Эйнштейн был прав. Пространство-время вращается вокруг мертвой звезды

Пространство-время действительно вращается под действием массивных тел, как предполагали ученые.

То, что материя пространства и времени вращается в космическом водовороте вокруг мертвой звезды, подтверждает еще один прогноз из теории общей относительности Эйнштейна, найденный в новом исследовании.

Данное исследование — явление, известное как перетаскивание кадра, или эффект Лензе-Тирринга. Оно утверждает, что пространство-время будет вращаться вокруг массивного вращающегося тела. Например, представьте, что Земля была погружена в мед. По мере того, как планета вращается, мед вокруг нее будет вращаться — и то же самое относится к пространству-времени.

Спутниковые эксперименты обнаружили затягивание кадра в гравитационное поле вращающейся Земли, но эффект необычайно мал, и поэтому его трудно измерить. Объекты с большими массами и более мощными гравитационными полями, такие как белые карлики и нейтронные звезды, дают больше шансов увидеть это явление.

Ученые сосредоточились на PSR J1141-6545, молодом пульсаре, который примерно в 1.27 раза больше массы Солнца. Пульсар расположен на расстоянии от 10 000 до 25 000 световых лет от Земли в созвездии Маска (муха), которое находится вблизи знаменитого созвездия Южного Креста.

Пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда, излучающая радиоволны вдоль своих магнитных полюсов. (Нейтронные звезды — это трупы звезд, погибших в катастрофических взрывах, известных как сверхновые; гравитация этих остатков достаточно сильна, чтобы раздавить протоны вместе с электронами, чтобы сформировать нейтроны).

PSR J1141-6545 вращает вокруг белого карлика с массой примерно равной массе Солнца. Белые карлики — это сверхплотные ядра мертвых звезд земного размера, которые остались после того, как звезды средних размеров исчерпали свое топливо и пролили свои внешние слои. Когда-нибудь наше Солнце станет белым карликом, как и более 90% всех звезд нашей галактики.

Пульсар движется по орбите белого карлика на плотной, быстрой орбите длиной менее 5 часов, проносясь в космос со скоростью около 620 000 миль в час (1 миллион км/ч), при этом максимальное расстояние между звездами едва превышает размеры нашего Солнца, рассказал ведущий автор исследования Вивек Венкатраман Кришнан (Vivek Venkatraman Krishnan), астрофизик Института радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне, Германия.

Исследователи измеряли, когда импульсы от пульсара достигли Земли с точностью до 100 микросекунд в течение почти 20 лет, используя радиотелескопы Parkes и UTMOST в Австралии. Это позволило им обнаружить долгосрочный дрейф по пути, по которому пульсар и белый карлик движутся по орбите друг к другу.

Устранив другие возможные причины этого дрейфа, ученые пришли к выводу, что он является результатом перетаскивания рамы: То, как быстро вращающийся белый карлик тянет в пространстве-времени, привело к тому, что орбита пульсара со временем медленно меняет свою ориентацию. Основываясь на уровне перетаскивания кадра, ученые подсчитали, что белый карлик вращается вокруг своей оси примерно 30 раз в час.

Предыдущие исследования показали, что белый карлик сформировался до пульсара в этой двоичной системе. Одно из предсказаний таких теоретических моделей состоит в том, что до появления пульсарообразующей сверхновой прародитель пульсара на протяжении около 16 000 лет выбрасывал на белого карлика около 20 000 масс Земли, увеличивая скорость его вращения.

«Такие системы, как PSR J1141-6545, где пульсар моложе белого карлика, встречаются довольно редко», — сказал Венкатраман Кришнан. Новое исследование «подтверждает давнюю гипотезу о том, как появилась эта бинарная система, то, что было предложено более двух десятилетий назад».

Исследователи отметили, что они использовали перетаскивание кадра, чтобы получить представление о вращающейся звезде, которая ее вызвала. В будущем, по их словам, они могут использовать аналогичный метод для анализа бинарных нейтронных звезд, чтобы узнать больше об их внутреннем составе, «который, даже после более чем 50 лет наблюдения за ними, мы еще не имеем дело», — сказал Венкатраман Кришнан. «Плотность материи внутри нейтронной звезды намного превышает то, что может быть достигнуто в лаборатории, поэтому с помощью этой методики можно узнать много нового о физике удвоения систем нейтронных звезд».

Ученые подробно изложили свои открытия в Интернете сегодня (30 января) в журнале Science.