آزمایش نظریه‌ی نسبیت عام با یک سیستم سه‌ ستاره‌ای!

[∆ MeRzaD ∆]

یک سیستم سه‌ستاره‌ای شامل دو کوتوله‌ی سفید و یک تپ‌اخترِ ابرچگال که به تازگی کشف شده و در فضایی کوچکتر از مدار گردش زمین به دور خورشید واقع است، اخترشناسان را قادر می‌سازد تا طیف وسیعی از اسرار کیهانی از جمله ماهیت گرانش را کاوش کنند.

یک تیم بین‌امللی از ستاره‌شناسان شامل اینگرید استیرز (Ingrid Stairs)، ستاره شناس UBC، یافته‌های خود را پنجم ژانویه در Nature منتشر کردند [1].

یک دانشجوی تحصیلات تکمیلی اهل آمریکا با استفاده از تلسکوپ بانک سبز بنیاد ملی علوم آمریکا تپ‌اختری به فاصله‌ی 4200 سال نوری از زمین را کشف کرد که 366 بار در ثانیه دوران می‌کند. این تپ‌اختر نزدیک مدار یک ستاره‌ی کوتوله‌ی سفید قرار دارد و این دو با کوتوله‌ی سفید دیگری که در فاصله‌ای دورتر قرار دارد، در چرخش‌اند.

این سیستم سه‌جسمی، بهترین فرصت دانشمندان برای کشف تخطی از مفهوم کلیدی در نظریه‌ی نسبیت عام آلبرت انیشتین است: مطابق با اصل هم‌ارزی قوی (strong equivalence principle)، اثر گرانش روی یک جسم به طبیعت یا ساختار داخلی آن جسم بستگی ندارد.

استیرز می‌گوید: «با انجام زمان‌سنجی بسیار دقیق پالس‌هایی که از این تپ‌اختر می‌آید، می‌توان میزان انحراف از این اصل را با حساسیتی چند برابر میزان فعلی مورد بررسی قرار داد. انحراف از اصل هم‌ارزی قوی، می تواند نشانه ای از نقص نسبیت عام به عنوان نظریه گرانش کلاسیک باشد و ما را به سمت یک نظریه‌ی اصلاح شده برای گرانش هدایت ‌کند.»

اسکات رانسم (Scott Ransom) سرپرست گروه از ر‌صدخانه‌ی ملی نجوم رادیویی آمریکا (NRAO) می‌گوید: «این سیستم سه‌گانه یک آزمایشگاه کیهانی طبیعی را در اختیار ما قرار می‌دهد، به مراتب بسیار بهتر از آنچه که قبلاً کشف شده بود تا به بررسی چگونگی عملکرد چنین سیستم هایی پرداخته شود و همچنین مسائل احتمالی مربوط به نسبیت عام را که فیزیک‌پیشه‌گان انتظار دارند تحت شرایط سخت ببینند، آشکار می‌سازد.»

پیش زمینه علمی

هنگامی که یک ستاره‌ی سنگین با انفجار ابرنواختری را به وجود می‌آورد و بقایای آن به صورت یک ستاره‌ی نوترونی ابرچگال متراکم می‌شود، بخشی از جرم آن به انرژی پیوندی گرانشی تبدیل می‌شود که ستاره را متراکم نگه می‌دارد. اصل هم‌ارزی قوی می‌گوید که این انرژی پیوندی رفتار گرانشی مانند جرم، خواهد داشت . اما تقریباً همه‌ی نظریه های جایگزین‌ها برای نسبیت عام، این پیش بینی را ندارند.

بر اساس اصل هم‌ارزی قوی، اثر گرانشی کوتوله‌ی سفید بیرونی بر کوتوله‌ی سفید درونی و ستاره‌ی نوترونی یکسان خواهد بود. اگر این اصل تحت شرایط این سیستم نامعتبر باشد، اثر ستاره‌ی بیرونی بر آن دو کمی متفاوت خواهد بود که زمان‌سنجی دقیق مشاهدات تپ‌اختر می‌تواند به آسانی آن را نشان دهد.

آن آرچیبلد (Anne Archibald)، از موسسه‌ی نجوم رادیویی هلند و عضوی از این گروه می‌گوید: «ما برخی از دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های جرمی را در فیزیک نجوم انجام دادیم. بعضی از اندازه‌گیری‌های مکان نسبی ستارگان در این سیستم دارای دقتی تا صدها متر می‌باشد.» آن‌ها سپس از این داده‌ها در یک شبیه‌سازی رایانه‌ای جهت پیش بینی حرکت آن‌ها استفاده کردند.

رانسم می‌افزاید: «این سیستم از بسیاری جهات از جمله پیشینه‌ی شکل‌گیری کاملاً عجیب آن، جالب توجه است. و ما کار زیادی برای انجام دادن داریم تا آن را به طور کامل درک کنیم.»