بیگ بنگ: تا به امروز، نظریۀ نسبیت عام اینشتین در آزمایش‌های متعدد رضایت‌بخش بوده است اما این به معنی خطاناپذیر بودنِ آن – یا به این معنی که دانشمندان باید از تلاش برای آزمودن آن خودداری کنند- نیست. هر بار که نظریه برقرار باشد، چیز ارزشمندی در مورد جهان یاد می‌گیریم. در سال 2012 کشف منظومۀ جدیدی از ستارگان، حاکی از زمینۀ جدیدی از آزمایش بود. و اکنون توسط تیمی بین‌المللی از محققان هم ثابت شده که درست در راستای نظریۀ اینشتین است.

به گزارش بیگ بنگ، این منظومه که PSR J0337+1715 نام دارد و تقریبا در فاصله 4200 سال نوری از زمین در صورت فلکی گاو قرار دارد، منظومه‌ای سه‌گانه است و آزمون نسبیت آن به گالیله در قرن شانزدهم برمی‌گردد، یعنی زمانی که گالیله اصل هم‌ارزی، که در نسبیت عام مهم است، را نشان داد. این مفهومی معروف است، گرچه مورخین اکثرا موافق‌اند که این یک آزمایش فکری و خیالی بوده و در واقع اتفاق نیفتاده است. اما داستان از این قرار است که گالیله دو توپ از جنس‌های متفاوت را از برج برجستة پیزا انداخت و مشاهده کرد که آن دو توپ هم‌زمان به پایین می‌رسند.

چیزی که این آزمایش ثابت کرد– که در قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن به صورت ساده و رسمی بیان شده است- این است که شتاب یک جرم به دلیل گرانش، مستقل از خود جرم است. این موضوع در سال 1971 به طور چشمگیری اثبات شد، یعنی زمانی که فضانورد دیو اسکات، هنگامی که روی ماه ایستاده بود، یک چکش و یک پر را به صورت همزمان به پایین انداخت. بدون مقاومت هوا برای کاهش سرعت پر، هر دو جرم با سرعت مشابهی روی سطح ماه افتادند. خب، به PSR J0337+1715 برگردیم. این آزمون‌های قبلی به طور موفقیت‌آمیزی نسخۀ ضعیفی از اصل هم‌ارزی را نشان داده‌اند. اما، طبق نسبیت عام، حتی در جرم‌های عظیم و حتی در میدان گرانشی سه بعدی فضا نیز باید این اصل برقرار باشد. و این جا است که نسبیت عام مطرود می‌شود.

پژوهشگر اسکات رانسوم از رصدخانه ملی نجوم رادیو، در ماه ژوئیۀ سال گذشته به New Scientist گفت: «علاوه بر نسبیت عام، هر نظریۀ دیگری از گرانش اساساً پیش‌بینی می‌کند که اصل هم‌ارزی تا حدی ناموفق است.» این منظومه شامل سه ستاره مرده است. دو عدد از این ستاره‌ها کوتوله سفید هستند – بقایای کوچک، بسیار متراکم و بسیار داغ از هسته‌های ستاره‌ای، که بعد از انفجارهای غول سرخ به جا مانده‌اند.

ستارۀ سوم، یک ستاره نوترونی تپ‌اختری بسیار متراکم و به سرعت در حال چرخش است که وقتی به دور خود می‌چرخد، با پرتوی تابش الکترومغناطیسی با نظمی باورنکردنی، مانند یک فانوس کیهانیِ بسیار سریع، تپ می‌کند. این ستاره بسیار سنگین‌تر از کوتوله‌های سفیدی است که همراهِ آن هستند. از آن جایی که پالس‌های این ستاره نوترونی بسیار منظم است – دورۀ زمانی بین چشمک زدن‌‌ها فقط 2.73 میلی ثانیه است- ستاره‌شناسان می‌توانند از هرگونه تغییر در زمان، برای اندازه‌گیری دقیق مدار آن، استفاده کنند. اگر سرعت چشمک زدن‌ها کند یا تند شود، یعنی ستاره با توجه به زمین در حال حرکت است.

این گونه بود که کوتوله‌های سفید کشف شدند. این سه ستاره از لحاظ گرانشی به یکدیگر متصل هستند، که مدار تپ‌اختر را کج می‌کند. ستاره نوترونی و یکی از کوتوله‌های سفید کاملا نزدیک به یکدیگر هستند در حالی که کوتولة سفیدِ دوم دورتر است. طبق اصل هم‌ارزیِ قوی، فقط ماده‌ها نیستند که باید شتاب مشابهی داشته باشند، بلکه انرژیِ در میدان‌های گرانشی نیز باید یکسان باشد. بنابراین اجسامی با جرم زیاد باید با سرعتی همانند سرعت اجسامی با جرمِ کم، «بیفتند».

اگر به ستارۀ نوترونی به عنوان چکش و کوتوله سفید داخلی به عنوان پر در آزمایش اسکات نگاه کنیم، می‌بینیم که قیاس مناسب و معقولی برای آزمون اصل هم‌ارزیِ قوی است. هر سه ستاره حول میدان گرانشی یکدیگر «می‌افتند». اگر بنا بر این باشد که تپ‌اختر سریع‌تر از کوتوله سفید داخلی به سمت کوتوله سفید بیرونی حرکت کند، مدار آن بیشتر بیضی‌شکل خواهد بود. همان طور که به نظر می‌رسد، این اتفاق رخ نداده است. کوتوله سفید داخلی و تپ‌اختر شتاب‌های برابری دارند – در حدود 0.16 هزارم درصد یکدیگر – که تظاهر شکوهمند و بزرگ‌مقیاسی از اصل هم‌ارزی را به ما نشان می‌دهند. و یک بار دیگر هم کار اینشتین موفقیت‌آمیز بوده است. این تیم پژوهش خود را در 231مین نشست انجمن نجوم آمریکا  ارائه دادند.

ترجمه: زهرا جهانبانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com