Kép jóváírása: NRAO
Az Einstein majdnem egy évszázados elmélete szerint a fizikusok bizonyítékokat találtak az elmélet alátámasztására, miszerint a gravitációs erő a fénysebességgel mozog. A kvazár képe hajlításának variációi vezették be ezt a gravitációs sebességet.
A ritka kozmikus igazítás kihasználásával a tudósok elvégezték a gravitációs erő terjedésének sebességének első mérését, numerikus értéket adva a fizika utolsó nem mért alapvető állandóinak.
Newton azt gondolta, hogy a gravitációs erő azonnali. Einstein feltételezte, hogy a fénysebességgel mozog, de eddig senki sem mérte meg ”- mondta Szergej Kopeikin, a Missouri-Columbia Egyetem fizikusa.
"Megállapítottuk, hogy a gravitáció terjedési sebessége megegyezik a fénysebességgel, 20% -os pontossággal" - mondta Ed Fomalont, a Nemzeti Rádiós Csillagászati Megfigyelő Intézet (NRAO) csillagászja, Charlottesville, VA. A tudósok az Amerikai Csillagászati Társaság ülésén mutatták be az amerikai csillagászat társaságának Seattle-ben (WA).
A mérföldkő mérése fontos az egységes terepi elméleteken dolgozó fizikusok számára, akik megkísérlik a részecskefizikát összekapcsolni Einstein általános relativitáselméletével és az elektromágneses elmélettel.
"Mérésünk bizonyos határozott korlátokat szab az extra dimenziókat javasló elméleteknek, mint például a szuperstring elmélet és a brane elméletek" - mondta Kopeikin. "A gravitációs sebesség ismerete fontos tesztet nyújthat ezeknek a kiegészítő méreteknek a meglétére és tömörségére" - tette hozzá.
A felső zsinór elmélete azt sugallja, hogy a természet alapvető részecskéi nem pontosak, hanem hihetetlenül kicsi hurkok vagy vonóságok, amelyek tulajdonságait a rezgés különböző módjai határozzák meg. A daruk (a membránokból származó szó) többdimenziós felületek, és néhány jelenlegi fizikai elmélet öt dimenzióba ágyazott téridő-vonalokat javasol.
A tudósok a Nemzeti Tudományos Alapítvány nagyon hosszú baseline array-ját (VLBA), egy kontinentális rádióteleszkóp-rendszert, valamint a németországi Effelsbergben lévő 100 méteres rádióteleszkóppal együtt rendkívül pontos megfigyelést végeztek, amikor a Jupiter bolygó majdnem elhaladt egy fényes kvazár előtt 2002. szeptember 8-án.
A megfigyelés Jupiter gravitációs hatása révén a háttér kvazárról érkező rádióhullámok nagyon enyhe „hajlítását” rögzítette. A hajlítás kismértékben megváltoztatta a kvazár látható látóhelyét az égen.
"Mivel a Jupiter a Nap körül mozog, a hajlítás pontos mértéke kissé függ attól a sebességtől, amellyel a gravitáció előrehalad a Jupiterből" - mondta Kopeikin.
A Jupiter, a Naprendszer legnagyobb bolygója, csak annyira közel kerül a rádióhullámok útjához, amely egy megfelelően fényes kvazárból körülbelül egy évtizeddel egyszer eléri egy ilyen mérést - mondta a tudósok.
Az évtizedben az égi igazítás az utolsó olyan eseményláncban, amely lehetővé tette a gravitációs sebesség mérését. A többiek között szerepelt a két tudós egy esetleges találkozója 1996-ban, áttörés az elméleti fizikában és olyan speciális technikák kifejlesztése, amelyek lehetővé tették a rendkívül pontos mérést.
"Senki sem próbálta megmérni a gravitációs sebességet korábban, mert a legtöbb fizikus úgy gondolta, hogy az egyetlen módja ennek a gravitációs hullámok észlelése" - emlékezett vissza Kopeikin. 1999-ben azonban Kopeikin kibővítette Einstein elméletét, hogy magában foglalja a mozgó test gravitációs hatásait a fény- és rádióhullámokra. A hatások a gravitációs sebességtől függtek. Rájött, hogy ha Jupiter majdnem egy csillag vagy rádióforrás előtt mozog, akkor kipróbálhatja az elméletét.
Kopeikin tanulmányozta a Jupiter várható pályáját a következő 30 évre, és felfedezte, hogy az óriási bolygó 2002-ben elég közel halad a J0842 + 1835 kvazár előtt. Ugyanakkor gyorsan rájött, hogy a kvazár látszólagos helyére az égbolton befolyásolható hatás A gravitációs sebességre annyira kicsi lenne, hogy az egyetlen megfigyelési technika, amely képes azt mérni, a nagyon hosszú alapvonal-interferometria (VLBI) volt, a VLBA-ban megtestesített technika. Kopeikin ezután felvette a kapcsolatot a Fomalonttal, a VLBI egyik vezető szakértőjével és egy tapasztalt VLBA megfigyelővel.
„Azonnal rájöttem egy olyan kísérlet fontosságára, amely a természet alapvető állandójának első mérését teszi lehetővé” - mondta Fomalont. "Úgy döntöttem, hogy ezt kell a lehető legjobban elkészíteni" - tette hozzá.
A szükséges pontosság elérése érdekében a két tudós megfigyeléseihez hozzáadta az Effelsberg távcsövet. Minél szélesebb a távolság a két rádióteleszkóp antennája között, annál nagyobb az elérhető felbontási teljesítmény vagy a részletek pontos látásának képessége. A VLBA antennákat tartalmaz Hawaii-on, az Egyesült Államok kontinentális részén és a St. Croix-ban a karibi térségben. Az Atlanti-óceán másik oldalán lévő antenna még nagyobb felbontású energiát adott.
"Körülbelül háromszor pontosabb mérést kellett elvégeznünk, mint valaha, bár elvileg tudtuk, hogy meg lehet tenni" - mondta Fomalont. A tudósok „száraz futáson” tesztelték és finomították technikájukat, majd megvárták, amíg Jupiter átjut a kvazár előtt.
A várakozás jelentős körömcsípést is tartalmazott. A berendezés meghibásodása, rossz időjárás vagy egy elektromágneses vihar maga a Jupiternél elbocsáthatta a megfigyelést. A szerencse azonban elmaradt, és a tudósok megfigyelései 8 GigaHertz rádiófrekvencián elegendő jó adatot szolgáltattak a méréshez. Olyan pontosságot értek el, amely megegyezik az emberi haj szélességével, 250 mérföld távolságból nézve.
„Fő célunk az volt, hogy kizárjuk a végtelen sebességet a gravitáció érdekében, és még jobban teljesítettünk. Most már tudjuk, hogy a gravitációs sebesség valószínűleg megegyezik a fény sebességével, és magabiztosan kizárhatjuk a gravitáció sebességét, amely meghaladja a fény sebességének kétszeresét ”- mondta Fomalont.
Kopeikin szerint a legtöbb tudós megkönnyebbül, hogy a gravitációs sebesség megegyezik a fény sebességével. „Úgy gondolom, hogy ez a kísérlet új fényt derít az általános relativitáselméleti alapokra, és képviseli az első a sokkal több gravitációs tanulmányt és megfigyelést, amelyek jelenleg a VLBI rendkívül nagy pontossága miatt lehetséges. Sokkal többet tudhatunk meg erről az érdekes kozmikus erőről és annak kapcsolatáról a természetben levő többi erővel ”- mondta Kopeikin.
Nem ez az első alkalom, hogy Jupiter részt vett egy alapvető fizikai állandó mérésében. 1675-ben Olaf Roemer, a Párizsi Obszervatóriumban dolgozó dán csillagász, az első ésszerűen pontosan meghatározta a fénysebességet, a Jupiter egyik holdfogyasztásának megfigyelésével.
Eredeti forrás: NRAO sajtóközlemény
