Konstnärens illustration av Lense-Thirring ramdragning som är resultatet av en roterande vit dvärg i PSR J1141-6545 binärstjärnsystem.
(Bild: © Mark Myers, ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav))
Hur vävnaden av tid och rum virvlar runt i en kosmisk bubbelpool runt en död stjärna har bekräftat ännu en förutsägelse från Einsteins teori om allmän relativitet, finner en ny studie.
Denna förutsägelse är ett fenomen som kallas ramdragning eller Lense-Thirring-effekten. Den säger att rymdtid kommer att svänga sig runt en massiv, roterande kropp. Tänk dig till exempel att jorden var nedsänkt i honung. När planeten roterade, skulle honungen runt den virvla - och detsamma gäller för rymden.
Satellitförsök har upptäckt ram som drar i gravitationsfältet för roterande jord, men effekten är utomordentligt liten och har därför varit utmanande att mäta. Objekt med större massor och kraftfullare gravitationsfält, som vita dvärgar och neutronstjärnor, erbjuder bättre chanser att se detta fenomen.
Forskare fokuserade på PSR J1141-6545, en ung pulsar ungefär 1,27 gånger solens massa. Pulsaren ligger 10 000 till 25 000 ljusår från jorden i konstellationen Musca (flugan), som ligger nära den berömda sydkorsstjärnan.
En pulsar är en snabbspinnande neutronstjärna som avger radiovågor längs sina magnetpoler. (Neutron stjärnor är lik av stjärnor som dog i katastrofala explosioner kända som supernovor; dessa resters allvar är tillräckligt kraftfulla för att krossa protoner tillsammans med elektroner för att bilda neutroner.)
PSR J1141-6545 cirklar en vit dvärg med en massa ungefär densamma som solens. Vita dvärgar är de supertäta jordstorlekarna med döda stjärnor som lämnas kvar efter att stjärnor i medelstor har uttömt sitt bränsle och kastat sina yttre lager. Vår sol kommer att hamna som en vit dvärg en dag, liksom mer än 90% av alla stjärnor i vår galax.
Pulsaren kretsar runt den vita dvärgen i en snäv, snabb omloppsbana mindre än 5 timmar lång, slingrande genom rymden på cirka 620 000 mph (1 miljon km / h), med en maximal åtskillnad mellan stjärnorna som knappt är större än storleken på vår sol, studera huvudförfattaren Vivek Venkatraman Krishnan, en astrofysiker vid Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland, berättade för Space.com.
Forskarna mätte när pulser från pulsaren anlände till jorden med en noggrannhet inom 100 mikrosekunder under en period av nästan 20 år, med Parkes och UTMOST radioteleskop i Australien. Detta gjorde det möjligt för dem att upptäcka en långsiktig drift i hur pulsaren och den vita dvärgen kretsar runt varandra.
Efter att ha eliminerat andra möjliga orsaker till denna drift, drog forskarna slutsatsen att det var ett resultat av ramdragning: Hur den snabbt snurrande vita dvärgen drar i rymdtid har orsakat att pulsarens bana långsamt ändrar sin orientering. Baserat på nivån på ramdragning beräknade forskarna att den vita dvärgen virvlar runt sin axel cirka 30 gånger i timmen.
Tidigare forskning antydde att den vita dvärgen bildades före pulsaren i detta binära system. En förutsägelse för sådana teoretiska modeller är att, innan den pulsarbildande supernova inträffade, kasta förfäderna till pulsaren nästan 20 000 jordmassas värden av materia på den vita dvärgen under cirka 16 000 år, vilket ökade dess snurrhastighet.
"System som PSR J1141-6545, där pulsaren är yngre än den vita dvärgen, är ganska sällsynta," sa Venkatraman Krishnan. Den nya studien "bekräftar en långvarig hypotes om hur detta binära system blev, något som föreslogs för mer än två decennier sedan."
Forskarna noterade att de använde ramdragning för att ge insikt i den roterande stjärnan som orsakade den. I framtiden, sade de, kan de använda en liknande metod för att analysera binära neutronstjärnor för att lära sig mer om deras interna sammansättning, "som vi, ännu mer än 50 år av att ha observerat dem, ännu inte har något grepp om," Venkatraman Sa Krishnan. "Materialets täthet i en neutronstjärna överstiger mycket vad som kan uppnås i ett laboratorium, så det finns en mängd ny fysik att lära sig genom att använda denna teknik för att fördubbla neutronstjärnsystem."
Forskarna detaljerade deras resultat online idag (30 jan) i tidskriften Science.
- Inuti en neutronstjärna (infographic)
- Vad är pulsars?
- På foton: Einsteins experiment med solförmörkelse från 1919 testar den allmänna relativiteten
