science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Nieuwe bevestiging van Einsteins algemene relativiteitstheorie

Deze illustratie laat zien hoe de zwaartekracht van een witte dwergster de ruimte vervormt en het licht van een verre ster erachter buigt. Krediet:NASA, ESA, en A. Feild (STScI)

Albert Einstein voorspelde dat wanneer licht van een verre ster langs een dichterbij gelegen object gaat, zwaartekracht werkt als een soort vergrotende lens, verhelderend en buigend het verre sterrenlicht. Nog, in een artikel uit 1936 in het tijdschrift Wetenschap , hij voegde eraan toe dat omdat sterren zo ver uit elkaar staan ​​"er geen hoop is om dit fenomeen rechtstreeks waar te nemen."

Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Kailash C. Sahu heeft precies dat gedaan, zoals beschreven in hun 9 juni 2017 artikel in Wetenschap . De studie wordt verondersteld het eerste rapport te zijn van een bepaald type Einstein's "gravitationele microlensing" door een andere ster dan de zon.

In een gerelateerd perspectiefstuk in Wetenschap , getiteld "Een honderdjarig geschenk van Einstein, Terry Oswalt van Embry-Riddle Aeronautical University zegt dat de ontdekking een nieuw venster opent voor het begrijpen van "de geschiedenis en evolutie van sterrenstelsels zoals de onze".

Specifieker, Oswalt voegt toe, "Het onderzoek van Sahu en collega's biedt een nieuw hulpmiddel voor het bepalen van de massa's van objecten die we niet gemakkelijk op andere manieren kunnen meten. Het team heeft de massa bepaald van een ingestort stellair overblijfsel dat een witte dwergster wordt genoemd. Dergelijke objecten hebben hun waterstof- brandende levenscyclus, en zo zijn de fossielen van alle voorgaande generaties sterren in onze Melkweg, De melkweg."

Oswalt, een astronoom en voorzitter van de afdeling Exacte Wetenschappen in Embry-Riddle's Daytona Beach, Florida-campus, zegt verder, "Einstein zou trots zijn. Een van zijn belangrijkste voorspellingen heeft een zeer strenge observatietest doorstaan."

Deze time-lapse-film, gemaakt van acht Hubble Space Telescope-afbeeldingen, toont de schijnbare beweging van de witte dwergster Stein 2051 B terwijl deze voor een verre ster langs beweegt. De waarnemingen werden gedaan tussen 1 oktober. 2013, en 14 oktober 2015. Het pad van Stein 2051 B, vanwege zijn eigen beweging gecombineerd met zijn parallax als gevolg van de beweging van de aarde rond de zon, wordt weergegeven door de golvende cyaanlijn. De juiste beweging in één jaar wordt weergegeven door een pijl. Zijn parallax, vergroot met een factor 5, wordt weergegeven door een ellips. Krediet:NASA, ESA, en K. Sahu (STScI)

'Einstein Rings' begrijpen

De zwaartekracht microlensing van sterren, voorspeld door Einstein, eerder is waargenomen. beroemd, in 1919, metingen van sterlicht rond een totale zonsverduistering leverden een van de eerste overtuigende bewijzen van Einsteins algemene relativiteitstheorie - een leidende natuurwet die zwaartekracht beschrijft als een geometrische functie van zowel ruimte als tijd, of ruimtetijd.

"Als een ster op de voorgrond precies tussen ons en een achtergrondster passeert, "Oswalt legt uit, "gravitationele microlensing resulteert in een perfect cirkelvormige lichtring - een zogenaamde 'Einstein-ring'."

Astronomen maakten de Hubble-waarnemingen van de witte dwerg, de uitgebrande kern van een normale ster, en de zwakke achtergrondster over een periode van twee jaar. Hubble zag de dode ster voor de achtergrondster passeren, zijn licht afbuigen. Tijdens de nauwe uitlijning, het verre sterlicht leek ongeveer 2 milliboogseconden verwijderd van zijn werkelijke positie. Deze afwijking is zo klein dat het gelijk staat aan het observeren van een mier die over het oppervlak van een kwart van 1 kruipt. 500 mijl verderop. Van deze meting is astronomen berekenden dat de massa van de witte dwerg ongeveer 68 procent van de massa van de zon bedraagt. Krediet:NASA, ESA, en K. Sahu (STScI)

Sahu's groep observeerde een veel waarschijnlijker scenario:twee objecten waren enigszins niet uitgelijnd, en daardoor ontstond een asymmetrische versie van een Einstein-ring. "De ring en zijn verheldering waren te klein om te meten, maar zijn asymmetrie zorgde ervoor dat de verre ster uit het midden leek te verschijnen vanuit zijn ware positie, "zegt Oswalt. "Dit deel van Einsteins voorspelling wordt 'astrometrische lensing' genoemd en het team van Sahu was de eerste die het in een andere ster dan de zon heeft waargenomen."

Sahu, een astronoom bij het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, profiteerde van de superieure hoekresolutie van de Hubble Space Telescope (HST). Het team van Sahu heeft op acht data tussen oktober 2013 en oktober 2015 verschuivingen gemeten in de schijnbare positie van een verre ster terwijl het licht werd afgebogen rond een nabijgelegen witte dwergster genaamd Stein 2051 B. Ze stelden vast dat Stein 2051 B - de zesde dichtstbijzijnde witte dwerg ster tot de zon - heeft een massa die ongeveer tweederde van die van de zon is.

"Het basisidee is dat de schijnbare afbuiging van de positie van de achtergrondster rechtstreeks verband houdt met de massa en zwaartekracht van de witte dwerg - en hoe dicht de twee precies op één lijn kwamen, ", legt Oswalt uit.

Deze animatie toont de beweging van een witte dwergster die voor een verre achtergrondster passeert. Tijdens de passage, de verre ster lijkt iets van positie te veranderen, omdat zijn lichtpad is veranderd door de zwaartekracht van de witte dwerg. Toen de witte dwerg Stein 2051 B voor een achtergrondster passeerde, Het licht van de verre ster was slechts ongeveer 2 milliboogseconden verwijderd van zijn werkelijke positie. Deze afwijking is zo klein dat het gelijk staat aan het observeren van een mier die over het oppervlak van een kwart van 1 kruipt. 500 mijl verderop. Van deze meting is astronomen berekenden dat de massa van de witte dwerg ongeveer 68 procent van de massa van de zon bedraagt. Krediet:NASA, ESA, en G. Bacon (STScI)

Onder astronomen, de bevindingen zijn significant om ten minste drie redenen, volgens Oswalt:

  • Eerst, het onderzoek "lost een al lang bestaand mysterie op over de massa en samenstelling van Stein 2051 B, " hij zegt.
  • Tweede, hij merkt op, "Sahu's team bevestigt op mooie wijze de in 1930 bekroonde theorie van astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar over de relatie tussen de massa en de straal van witte dwergsterren. We weten nu dat Stein 2051 B volkomen normaal is; het is geen massieve witte dwerg met een exotische compositie, zoals al bijna een eeuw wordt aangenomen."
  • Derde, Oswalt concludeert, "Dit nieuwe hulpmiddel voor het bepalen van massa's zal zeer waardevol zijn, aangezien enorme nieuwe onderzoeken de komende jaren veel andere toevalsuitlijningen blootleggen."

Schijn bedriegt. In deze Hubble Space Telescope-afbeelding, de witte dwergster Stein 2051B en de kleinere ster eronder lijken naaste buren te zijn. De sterren, echter, ver van elkaar wonen. Stein 2051B is 17 lichtjaar van de aarde verwijderd; de andere ster is ongeveer 5, 000 lichtjaar verwijderd. Stein 2051B is genoemd naar zijn ontdekker, Nederlandse rooms-katholieke priester en astronoom Johan Stein. Krediet:NASA, ESA, en K. Sahu (STScI)

Voor de gemiddelde sterrenkijker, hij zegt, de bevindingen zijn zinvol omdat "minstens 97 procent van alle sterren die ooit in de Melkweg zijn gevormd, inclusief de zon, witte dwergen zullen worden of al zijn - ze vertellen ons over onze toekomst, evenals onze geschiedenis."

Dr. Terry Oswalt bespreekt de resultaten van een nieuwe studie van Sahu et al., rapportage van de eerste succesvolle meting van het gewicht van een ster met behulp van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Dr. Oswalt geeft een fysieke demonstratie met behulp van rekwisieten om te laten zien hoe de zwaartekracht van een ster licht afbuigt. Wetenschappers kunnen deze afbuiging van licht vervolgens gebruiken om het gewicht van de ster te berekenen. Krediet:Embry-Riddle Aeronautical University / Robert H. Score