نظرية أينشتاين للنسبية العامة تختبر دراسة لنظام نجمي مزدوج بواسطة سبعة تلسكوبات راديوية حول العالم

منوعات

نظرية أينشتاين للنسبية العامة تختبر دراسة لنظام نجمي مزدوج بواسطة سبعة تلسكوبات راديوية حول العالم

16 كانون الأول 2021 16:29

يأمل العلماء في إيجاد انحراف عن هذه النظرية التاريخية، لكن النسبية العامة تثبت مرة أخرى أنها مشكلة يصعب حلها.



ألبرت أينشتاين 


منذ أن اقترح ألبرت أينشتاين لأول مرة نظريته التاريخية للنسبية العامة في عام 1916، فقد صمدت أمام كل اختبار قام به العلماء، بغض النظر عن صرامة هذه النظريات، وكانت هناك محاولات عديدة من هذا القبيل لإيجاد ثغرات في النظرية التي تفترض أن الجاذبية هي في الواقع تشويه لـ "نسيج الزمكان" الناجم عن الأجسام الضخمة، وعلى سبيل المثال، وصفت النسبية العامة بشكل مثالي ملاحظات النجوم التي تعبر عن كثب الثقب الأسود الهائل في مركز مجرة ​​درب التبانة أو وجود موجات الجاذبية، التي حصل اكتشافها على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2017.


نظرية النسبية العامة


والآن، أعلن العلماء أن النسبية العامة مرت بواحدة من أصعب اختباراتها حتى الآن، وهي دراسة طموحة لنظام نجمي مزدوج بواسطة سبعة تلسكوبات راديوية مختلفة عبر العالم تمتد على مدار 16 عاماً، ووفقاً للباحثين بقيادة مايكل كرامر من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في ألمانيا، فإن التأثيرات المرصودة تتفق مع النسبية العامة بدقة لا تقل عن 99.99٪.


نجوم نيوترونية ممغنطة 


النجوم النابضة هي نجوم نيوترونية ممغنطة بدرجة عالية وسريعة الدوران تنبعث منها ومضات من الإشعاع الكهرومغناطيسي من القطبين في اتجاهين متعاكسين، وهذه الأجسام مضغوطة للغاية، وتحتوي كتلة أكبر من كتلة الشمس في كرة بحجم مدينة كبيرة، على الرغم من أن الضوء المنبعث من هذه الأجسام الكونية ثابت، إلا أن حزم الضوء لا تتماشى مع محور دوران النجم النابض، لذلك، ومن منظور الأرض، يبدو أن النجوم النابضة تومض لأنها تدور أيضاً بسرعة كبيرة، وغالباً ما يتم مقارنتها بالمنارة لهذا السبب.


النجوم النيوترونية هي مختبرات كونية مثالية لاختبار النسبية العامة بسبب تأثيرها الثقالي الهائل، فالثقوب السوداء فقط هي الأكثر كثافة وبالتالي أكثر عرضة لإظهار التأثيرات الشديدة للنسبية العامة، لكن النجوم النابضة أسهل في المراقبة بفضل أضواءها الخافتة وإشاراتها الراديوية.


علماء الفلك


في دراستهم الجديدة، استهدف الفريق الدولي من علماء الفلك زوجاً فريداً من النجوم النابضة، وهي النظام الثنائي الوحيد المعروف حتى الآن، والمعروف باسم PSR J0737-3039 A / B، والذي يقع على بعد حوالي 24000 سنة ضوئية في كوكبة "بابيس".


يدور أحد النجمين النابضين 44 مرة في الثانية بينما الآخر أبطأ بكثير، ويكمل دورة حول محوره كل 2.8 ثانية، وكل منهما كتلته أكبر بحوالي 30٪ من كتلة الشمس، لكن قطره لا يتجاوز 24 كيلومتر، ويكملان معاً مداراً حول مركز كتلة مشترك في 147 دقيقة فقط، هذا نظام نشيط للغاية، ينتج عنه سحب جاذبية غير عادية وحقول مغناطيسية مكثفة، وهي أرض الاختبار النهائية لنظرية حجر الزاوية لأينشتاين، مما يسمح للعلماء بإجراء تجارب بدقة 25 مرة أفضل من أنظمة النجم النابض و 1000 مرة أفضل من الممكنة حالياً، باستخدام كاشفات موجات الجاذبية.


سبعة تلسكوبات راديوية


منذ عام 2003 إلى عام 2019، أبقت سبعة تلسكوبات راديوية عينها على نظام النجم النابض المزدوج، والتي تغطي أهم النطاقات في الطيف الراديوي التي تتراوح من 334 ميغاهرتز إلى 2520 ميغاهرتز.


وسمحت الحركة المدارية السريعة للنجوم النيوترونية الدوارة للباحثين باختبار النسبية العامة على سبعة تنبؤات مختلفة، بما في ذلك موجات الجاذبية، وانتشار الضوء، حيث يتأخر الضوء وينحني بفعل الجاذبية، وتمدد الوقت، وتكافؤ الكتلة والطاقة: نظرية E = mc2 الشهيرة، وتأثيرات الإشعاع الكهرومغناطيسي على الحركة المدارية للنجوم النابضة، وتكشفت كل هذه التنبؤات السبعة كما لوحظ في التجربة الكونية.


وقال الدكتور ديك مانشستر: "كنا بحاجة إلى إيجاد طرق لاختبار نظرية أينشتاين على نطاق متوسط ​​لمعرفة ما إذا كانت لا تزال صحيحة، ولحسن الحظ، تم العثور على المختبر الكوني الصحيح، المعروف باسم "النجم النابض المزدوج"، باستخدام تلسكوب باركس في عام 2003، حيث أثبتت ملاحظاتنا للنجم النابض المزدوج على مدار الـ 16 عاماً الماضية أنها متوافقة بشكل مذهل مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين، بنسبة 99.99 في المئة على وجه الدقة". 


هل تم إثبات خطأ إينشتاين


لم يتم إثبات خطأ أينشتاين مرة أخرى، وقد يمثل ذلك مشكلة بالفعل، فالنسبية العامة غير متوافقة مع القوى الأساسية الأخرى التي وصفتها ميكانيكا الكم، ويعتقد الفيزيائيون أن النسبية العامة يجب أن تنهار في مرحلة ما من أجل تفسير هذه التناقضات، وبالتالي، فإن العثور على انحراف عن النسبية العامة سيفتح الباب أمام فيزياء جديدة قد توحد في النهاية جميع القوى الأساسية للطبيعة في ظل نظرية واحدة.


وقال آدم ديلر، الأستاذ المساعد من جامعة سوينبورن: "سنعود في المستقبل باستخدام تلسكوبات راديو جديدة وتحليل بيانات جديد على أمل اكتشاف نقطة ضعف في النسبية العامة ستقودنا إلى نظرية جاذبية أفضل". 



المصدر: ZME Science