Einsteins allmänna relativitetsteori beskriver tyngdkraften när det gäller geometri för både rum och tid. Men att mäta denna rymdens krökning är svårt. Men forskare har nu använt ett kontinentbrett utbud av radioteleskop för att göra en extremt exakt mätning av rymdens krökning orsakad av solens tyngdkraft. Denna nya teknik lovar att bidra starkt i att studera kvantfysik.
”Att mäta rymdens krökning orsakad av tyngdkraften är ett av de mest känsliga sätten att lära sig hur Einsteins teori om allmän relativitet relaterar till kvantefysik. Att förena gravitationsteori och kvantteori är ett huvudmål för fysiken från det 21-talet, och dessa astronomiska mätningar är en nyckel för att förstå förhållandet mellan de två, ”sa Sergei Kopeikin från University of Missouri.
Kopeikin och hans kollegor använde National Science Foundation: s Very Long Baseline Array (VLBA) radioteleskopsystem för att mäta böjning av ljus orsakat av solens tyngdkraft till inom en del i 30,000 3,333 (korrigerat av NRAO och uppdaterad här 9/03/09 - se denna länk tillhandahållen av Ned Wright från UCLA för mer information om avböjning och ljusfördröjning). Med ytterligare observationer säger forskarna att deras precisionsteknik kan göra det mest exakta måttet någonsin på detta fenomen.
Böjning av stjärnbelysning med tyngdkraft förutsågs av Albert Einstein när han publicerade sin teori om generell relativitet 1916. Enligt relativitetsteorin producerar den starka tyngdkraften hos ett massivt objekt som solen krökning i det närliggande rymden, vilket ändrar ljusets väg eller radiovågor som passerar nära föremålet. Fenomenet observerades först under en solförmörkelse 1919.
Även om många mätningar av effekten har gjorts under de mellanliggande 90 åren, har problemet med sammanslagning av generell relativitet och kvantteori krävt allt mer exakta observationer. Fysiker beskriver rymdkrökningen och tyngdpunkten i ljusböjning som en parameter som kallas "gamma." Einsteins teori anser att gamma borde vara lika med 1,0.
"Även ett värde som skiljer sig åt en del i en miljon från 1,0 skulle ha stora förgreningar för målet att förena gravitationsteori och kvantteori, och därmed för att förutsäga fenomen i regioner med hög tyngdkraft nära svarta hål," sade Kopeikin.
För att göra extremt exakta mätningar vände sig forskarna till VLBA, ett kontinentbrett system med radioteleskop som sträcker sig från Hawaii till Jungfruöarna. VLBA erbjuder kraften att göra de mest exakta positionsmätningarna på himlen och de mest detaljerade bilderna av alla tillgängliga astronomiska instrument.
Forskarna gjorde sina observationer när solen passerade nästan framför fyra avlägsna kvasarer - avlägsna galaxer med supermassiva svarta hål vid deras kärnor - i oktober 2005. Solens tyngdkraft orsakade små förändringar i kvasars synliga positioner eftersom det avledde radion vågor som kommer från de mer avlägsna föremålen.
Resultatet var ett uppmätt värde på gamma på 0,9998 +/- 0,0003, i utmärkt överensstämmelse med Einsteins förutsägelse om 1.0.
"Med fler observationer som vår, förutom kompletterande mätningar som de som gjorts med NASA: s Cassini-rymdskepp, kan vi förbättra noggrannheten för denna mätning med minst en faktor på fyra för att ge den bästa mätningen någonsin av gamma," sade Edward Fomalont från National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "Eftersom gamma är en grundläggande parameter för gravitationsteorier, är dess mätning med olika observationsmetoder avgörande för att få ett värde som stöds av fysikgemenskapen," tillade Fomalont.
Kopeikin och Fomalont arbetade med John Benson från NRAO och Gabor Lanyi från NASA: s Jet Propulsion Laboratory. De rapporterade sina resultat i 10 juli-numret av Astrophysical Journal.
Källa: NRAO
