Astronomer har fastgjort masser og kredsløb af tre stjerner i et unikt system. Dernæst bruger de systemet til at studere detaljer i Einsteins teori om generel relativitet.
PSR? J0337 + 1715 er en millisekund pulsar, den første, der findes i et tredobbelt system med to andre stjerner. På denne kunstners illustration ser du pulsaren (til venstre) kredset af en varm hvid dværgstjerne (midten), som begge er kredsløb om en køligere, fjern hvid dværg (til højre).
Astronomer er begejstrede for en millisekund pulsar i hjertet af et tredobbelt stjernesystem. Det er første gang, de har fundet et tredobbelt system, der indeholder en pulsar, og opdagelsesteamet siger, at det vil bruge pulsars urlignende egenskaber til at hjælpe med at låse tyngdekraftshemmelighederne op. Disse astronomer præsenterer detaljer om dette unikke stjernesystem i dag (6. januar 2014) på det 223. møde i American Astronomical Society i Washington D.C.
Millisekund pulsaren, PSR J0337 + 1715, drejer næsten 366 gange pr. Sekund. Ligesom et fyrtårn udsender det stråler af radiobølger med hver spin. En af de to andre stjerner i systemet er en hvid dværgstjerne i en 1,6-dages bane. Den anden stjerne er også en hvid dværg i en meget større 327-dages bane. Hele systemet - 4.200 lysår fra Jorden - er pakket i et rum, der er mindre end Jordens bane om vores sol.
Se en videosimulering af det tredobbelte system, der indeholder PSR J0337 + 1715
Millisekund pulsarer menes at dannes i supernovaeksplosioner. Da supernovaen eksploderede udad, kollapsede den også indad og knuste den oprindelige stjerne til en tæt, hurtigt spinding, stærkt magnetiseret neutronkugle: millisekundets pulsar.
Astronomer taler om disse systemer som ure fordi de roterer med sådan urlignende regelmæssighed. Fordi det findes i et tredobbelt system, vil denne millisekund pulsar blive brugt af astronomer til magtfulde undersøgelser af tyngdekraften. Ifølge Scott Ransom fra National Radio Astronomy Observatory (NRAO), den første forfatter på et papir, der blev offentliggjort i Nature i går (5. januar 2014):
Dette tredobbeltstjernersystem giver os det bedst kosmiske laboratorium nogensinde til at lære, hvordan sådanne tre-kropssystemer fungerer, og potentielt til at opdage problemer med generel relativitet, som nogle fysikere forventer at se under så ekstreme forhold.
Disse astronomer ønsker især at studere, hvad der kaldes det stærke ækvivalensprincip af Einsteins generelle relativitetsteori.
Dette er Green Bank Telescope, et af flere teleskoper, der bruges til at undersøge millisekundets pulsarsystem. Dette teleskop er cirka 100 meter bredt og 485 fod højt, næsten lige så højt som de nærliggende bjerge. Det er i en dal i Allegheny-bjergene for at beskytte observationer mod radiointerferens. Billede via Wikimedia Commons.
For at begynde at bruge pulsaren som en tyngdekraftsonde måtte astronomerne registrere så mange af dens pulser som muligt. De gennemførte det, de kaldte en ”monumental” observationskampagne med Green Bank-teleskopet i West Virginia, Arecibo-radioteleskopet i Puerto Rico og ASTRONs Westerbork Synthesis Radio Telescope i Holland. Observationer fra ASTRON blev ledet af astronom Jason Hessels, som sagde
I et stykke tid observerede vi denne pulsar hver eneste dag, bare for at vi kunne forstå den komplicerede måde, hvorpå den bevægede sig omkring sine to ledsagerstjerner.
Ved at måle, hvordan "pulsarurets kryds" varierede med tiden, var de i stand til at bestemme den orbitalgeometri og de tre stjerners masser.
Fremover sagde disse astronomer i en pressemeddelelse:
... systemet giver forskerne den bedste mulighed endnu for at opdage en krænkelse af et koncept kaldet Strong Equivalence Principle. Dette princip er et vigtigt aspekt af teorien om generel relativitet og siger, at tyngdekraftens virkning på et legeme ikke afhænger af dets krops art eller indre struktur.
To berømte illustrationer af ækvivalensprincippet er Galileos ansete fald af to kugler med forskellige vægte fra det skæve tårn i Pisa (muligvis en apokryf historie) og Apollo 15-kommandant Dave Scotts dråbe af en hammer og en falkfjer, mens han står på den luftløse overflade af månen i 1971. Målinger af månens laser, ved hjælp af spejle, der er efterladt på månen af Apollo-astronauterne, giver i øjeblikket de stærkeste begrænsninger for ækvivalensprincippets gyldighed. Her er de eksperimentelle masser selve stjernerne, og deres forskellige masser og gravitationsbindende energier vil tjene til at kontrollere, om de alle falder mod hinanden i henhold til Strong Equivalence Principle eller ej.
Nederste linje: Astronomer er begejstrede for et tredobbelt stjernesystem, der indeholder en millesekund pulsar og to hvide dværge. En lang observationskampagne gjorde dem i stand til at fastlægge masserne og kredsløbene for de tre stjerner. Nu har de til hensigt at bruge systemet til at studere det stærke ækvivalensprincip af Einsteins generelle relativitetsteori. De præsenterer deres resultater denne uge på det 223. møde i American Astronomical Society i Washington D.C.
Læs mere: En tredobbelt millisekund pulsar laboratorium udfordrer teori