זמן החלל מסתחרר סביב כוכב מת, ומוכיח את איינשטיין שוב צודק

Send

איור האמן של גרירת מסגרת עדשה גרועה כתוצאה מגמד לבן מסתובב במערכת הכוכבים הבינאריים PSR J1141-6545.

(תמונה: © מארק מאיירס, מרכז המצוינות של ARC לגילוי גל הכבידה (OzGrav))

האופן בו מארג המרחב והזמן מסתחרר במערבולת קוסמית סביב כוכב מת אישר עוד תחזית מאת תורת היחסות הכללית של אינשטייןכך נמצא מחקר חדש.

תחזית זו היא תופעה המכונה גרירת מסגרות, או אפקט עדשת העדר. הוא קובע כי מרחב-זמן יתכרך סביב גוף מסיבי, מסתובב. לדוגמה, דמיין שכדור הארץ היה שקוע בדבש. כאשר כוכב הלכת מסתובב, הדבש סביבו היה מסתובב - וזה נכון גם בזמן המרחב.

ניסויים לווייניים אותרו גרירת מסגרת בשדה הכבידה של כדור הארץ המסתובב, אך ההשפעה קטנה באופן יוצא דופן, ולכן הייתה מאתגרת למדידה. עצמים עם המונים גדולים יותר ושדות כבידה חזקים יותר, כמו גמדים לבנים וכוכבי נויטרונים, מציעים סיכויים טובים יותר לראות תופעה זו.

מדענים התמקדו ב- PSR J1141-6545, פולסר צעיר פי 1.27 ממסת השמש. הפולסאר ממוקם 10,000 עד 25,000 שנות אור מכדור הארץ בכוכב מוסקה (הזבוב), שנמצא בסמוך לקבוצת הכוכבים המפורסמת של הצלב הדרומי.

פולסאר הוא כוכב נויטרונים מסתובב במהירות הפולט גלי רדיו לאורך הקטבים המגנטיים שלו. (כוכבי נויטרון הם גוויות כוכבים שמתו בפיצוצים קטסטרופלים המכונים סופרנובות; כוח המשיכה של השרידים הללו חזק מספיק כדי לרסק פרוטונים יחד עם אלקטרונים ליצירת נויטרונים.)

PSR J1141-6545 עיגול גמד לבן עם מסה זהה לזה של השמש. גמדים לבנים הם הליבות הגדולות-אדומות בגודל כדור הארץ של כוכבים מתים שנותרו מאחור לאחר שכוכבים בגודל ממוצע מיצו את הדלק שלהם והשילו את שכבותיהם החיצוניות. יום ראשון השמש שלנו תסתיים כגמד לבן, וכך גם יותר מ- 90% מכל הכוכבים בגלקסיה שלנו.

הפולסר מקיף את הגמד הלבן במסלול הדוק ומהיר שאורכו פחות מחמש שעות, מתנפח בחלל בגובה של 620,000 קמ"ש (מיליון קמ"ש), תוך הפרדה מקסימאלית בין הכוכבים בקושי גדולים מגודל השמש שלנו. הסופר הראשי ויוויק Venkatraman Krishnan, אסטרופיזיקאי במכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברון בבון, גרמניה, אמר ל- Space.com.

החוקרים מדדו כאשר קטניות מהפולסאר הגיעו לכדור הארץ ברמת דיוק בטווח של 100 מיקרו-שניות לאורך תקופה של כמעט 20 שנה, באמצעות טלסקופי הרדיו Parkes ו- UTMOST באוסטרליה. זה איפשר להם לאתר סחף לטווח הארוך באופן בו הפולסאר והגמד הלבן מקיפים זה את זה.

לאחר שחיסלו גורמים אפשריים אחרים להיסחף זה, הגיעו המדענים למסקנה כי זו תוצאה של גרירת מסגרות: האופן בו הגמד הלבן המסתובב במהירות מושך בזמן בחלל גרם למסלולו של הפולצר לשנות את האוריינטציה שלו לאט לאורך זמן. על סמך רמת גרירת המסגרת, החוקרים חישבו שהגמד הלבן מסתחרר על צירו כשלושים פעמים בשעה.

מחקרים קודמים העלו כי הגמד הלבן נוצר לפני הפולסר במערכת בינארית זו. תחזית אחת למודלים תיאורטיים כאלה היא שלפני שהתרחשה הסופרנובה היוצרת הפולסרית, אביו של הפולסאר השיל כמעט 20,000 מסות כדור הארץ בערך החומר על הגמד הלבן במשך כ- 16,000 שנה, מה שהגביר את קצב הסיבוב שלו.

"מערכות כמו PSR J1141-6545, בהן הפולסר צעיר מהגמד הלבן, הן נדירות למדי", אמר Venkatraman Krishnan. המחקר החדש "מאשש השערה ארוכת שנים כיצד התרחשה מערכת בינארית זו, דבר שהוצע לפני למעלה משני עשורים."

החוקרים ציינו כי הם השתמשו בגרירת מסגרות כדי להביא תובנה לגבי הכוכב המסתובב שגרם לו. בעתיד, הם אמרו, הם יכולים להשתמש בשיטה דומה כדי לנתח כוכבי נויטרונים בינאריים בכדי ללמוד יותר על ההרכב הפנימי שלהם, "שגם לאחר למעלה מ- 50 שנה של התבוננות בהם, אין לנו עדיין ידית על" Venkatraman אמר קרישנן. "צפיפות החומר בתוך כוכב נויטרונים עולה בהרבה על מה שניתן להשיג במעבדה, כך שיש שפע של פיסיקה חדשה שיש ללמוד באמצעות טכניקה זו בכדי להכפיל מערכות כוכבי נויטרונים."

המדענים פירטו הממצאים שלהם מקוון היום (30 בינואר) בכתב העת Science.