"Einstein hade åtminstone 99.95% rätt"

Det hittills noggrannaste testet säger att Einsteins allmäna relativitetsteori är åtminstone 99.95% rätt. Det har visats genom mätningar på en dubbelpulsar, ett par av roterande neutronstjärnor som sänder ut radiovågor. Resultatet publiceras i Science.

Dubbelpulsarsystemet PSR J0737-3039A/B har två pulsarer som båda skickar ut strålningssignaler. Det ger forskarna möjlighet att räkna ut hur tung den ena är i förhållande till den andra - ett förhållande som inte beror på gravitationsteorin - och är därför som gjort för experiment som testar hur väl den allmäna relativitetsteorin stämmer i stark gravitation. Den allmäna relativitetsteorin förutsäger bland annat hur mycket en signal böjs av (fördröjs) av att gå igenom ett gravitationsfält - den effekten kallas Shapiro-fördröjning. Pulsarerna har en diameter på cirka 20 kilometer och rör sig runt varandra med en hastighet på en miljon kilometer i timmen. De ligger dessutom väldigt nära varandra ("bara" en miljon kilometer).

Forskarna som har testat den allmäna relativitetsteorin har mätt variationen i pulsintervallen (det vill säga Shapiro-fördröjningen) med tre av de största radioteleskopen: Lovellteleskopet i brittiska Jodrell Bank, Parkestelekopet i Australien och Robert C. Byrd Green Bank-teleskopet i USA. Variationen, det vill säga pulsarernas rörelser, stämde så gott som exakt överens med förutsägelserna från den allmäna relativitetsteorin - och det betyder att den allmäna relativitetsteorin håller även i mycket stark gravitation. Skillnaderna kunde mätas med en precision på 0.05% - så det betyder att den allmäna relativitetsteorin stämmer till åtminstone 99.95% under just de förhållandena (eller som rubriken på nyhetsreleasen konstaterar: "Einstein hade åtminstone 99.95% rätt". De noggrannaste tester som funnits innan har haft en precision på 0.2% respektive 0.7%). Andra relativistiska effekter som förutsägs av den allmäna relativitetsteorin kunde också mätas (om än inte lika noggrant).

Den allmäna relativitetsteorin, som lades fram år 1915 av Einstein, beskriver hur gravitation beror av rumtidens krökning. Teorin är solid och accepterad, men är oförenlig med kvantmekaniken... som också är solid och accepterad (och därför letar forskare fortfarande efter en teori som kan förena både relativitetsteorin och kvantmekaniken). Den allmäna relativitetsteorin har hittills klarat alla tester väldigt bra, men det är tänkbart att den stämmer mindre bra i till exempel fall med väldigt stark gravitation.

Pulsarer är snabbt roterande neutronstjärnor som har fått sitt namn efter de "pulser" med strålning som de verkar sända ut. I själva verket sänder de ut två koner av strålning, samtidigt som de roterar - precis som en fyr ger det ger upphov till periodiskt återkommande strålningspulser (se filmklipp - det andra uppifrån). Intervallen mellan radiopulserna är oerhört exakta. En planet (eller stjärna) som rör sig runt en sådan pulsar kommer ge upphov till små skillnader i dess rotationshastighet, och sådana oregelbundenheter kan utnyttjas för att räkna ut hur denna planet (eller stjärna) rör sig i förhållande till pulsaren. Precis som alla andra neutronstjärnor är pulsarer oerhört massiva - de väger upp till dubbelt så mycket som vår sol gör men är trettiotusen till sjuttiotusen gånger mindre.

(Den första pulsaren upptäcktes för övrigt 1967 och orsakade stort rabalder, eftersom folk först trodde att de regelbundna signalerna kunde vara tecken på en utomjordisk civilisation.)

Många dubbelpulsarsystem kan beskrivas med hjälp av Keplers rörelselagar för planeter, men vissa dubbelpulsarer (speciellt de med kort omloppstid) visar relativistiska effekter som är så starka att man behöver använda "post-keplerianska parameterar" (direktöversättning av engelskans "post-Keplerian parameters" - är det någon som vet om det existerar en svensk term och vad den i så fall är?) för att beskriva rörelsen. Det finns fem sådana parametrar, och två av dem beskriver Shapiro-fördröjningen.

Bild: Två neutronstjärnor med gravitationsfält (från Jodrell Bank:s nyhetsrelease). OBS, ej skalenlig - pulsarerna är bara 20 km i diameter men det är ett avstånd på 1000000 km emellan dem.

Om du har tillgång till Science, läs artikeln! Den är både intressant och (förhållandevis) lättläst.

Länkar
nyhetsrelease (brittiska partikelfysiks- och astronomiforskningsrådet, via ScienceDaily)
Binary and Millisecond Pulsars at the New Millennium (Duncan R. Lorimer)
Jodrell Bank:s dubbelpulsarsidor (bilder, filmklipp med mera)
artikeln (Science express, pren. krävs)

Andra bloggar om: vetenskap, forskning, astronomi, rymden, relativitetsteorin, Einstein

Pingat till intressant.se