Astronomi su uz pomoć Vrlo velikog teleskopa (VLT) Europske južne promatračnice na oko 7.000 svjetlosnih godina od Zemlje otkrili neobičan binarni sustav koji je Einsteinovu opću teoriju relativnosti stavio na najveću kušnju do sada.
Par se sastoji od najmasivnije neutronske zvijezde koja je ikada otkrivena i bijelog patuljka. Neutronska zvijezda PSR J0348+0432 ima masu oko dva puta veću od Sunca sabijenu u kugli promjera samo 20 kilometara, a oko svoje osi se okrene 25 puta u sekundi. Nastala je u eksploziji supernove, a spada u tzv. pulsare i šalje radio valove koji se mogu snimati teleskopima na Zemlji. Njezina je gravitacija na površini 300 milijardi puta veća od Zemljine. Pod utjecajem snažnih privlačnih sila njezini su elektroni i protoni u atomima kolabirali u neutrone i zbili se u izuzetno malen prostor. Svaka kockica veličine kocke šećera njezine tvari u središtu teži više od milijarde tona. Bijeli patuljak koji kruži oko nje ostatak je mnogo lakše zvijezde koja je ostala bez atmosfere i polako se hladi.
Pulsari često nastaju u binarnim sustavima koji se sastoje od neutronske zvijezde i crvenog diva. Zvijezde ulaze u fazu crvenog diva pri kraju svog života kada potroše zalihe vodika i počnu sagorijevati helij. Kada se divovi dovoljno rašire, neutronska zvijezda počne gutati njihovu atmosferu, a ono što na kraju ostane naziva se bijeli patuljak. Budući da pulsari nastaju urušavanjem zvijezde nakon supernove u mnogo manji volumen, kako bi se njihov kutni moment očuvao, rotacija im se ubrzava kao što se okretanje klizača u pirueti ubrzava kada skuplja ruke i noge. Pulsari imaju snažno magnetsko polje. Budući da ono nije uvijek poravnato s osi rotacije, snop zraka koje emitiraju kreće se u krug poput svjetla svjetionika. Na Zemlji ga registriramo samo kada je okrenut prema nama.
Ovako masivna neutronska zvijezda odličan je laboratorij za istraživanje fundamentalne fizike.
Gravitacijski valovi
Gravitacijsko polje koje stvara novootkriveni pulsar toliko je snažno da se astronomi nadaju kako bi po prvi put mogli zabilježiti neke devijacije u predviđanjima opće teorije relativnosti u kretanju bijelog patuljka. Naime prema Einsteinovoj teoriji tijela velike mase trebala bi iskriviti prostor – vrijeme tako da druga tijela, pa čak i svjetlo u njihovoj blizini putuju zakrivljenim putanjama. Ona također predviđa da će binarni sustavi u kojima su zvijezde jako blizu zračiti gravitacijsku energiju u obliku gravitacijskih valova, odnosno nabora u prostoru – vremenu. Ovakvo trošenje energije promijenit će njihovo orbitalno vrijeme potrebno za jedan okret u plesu s drugom zvijezdom.
Hrvatski astrofizičar prof. Dejan Vinković s PMF-a u Splitu kaže da opća teorija relativnosti opisuje ne samo vezu između mase i prostora koji je okružuje, nego i kako se ponaša gravitacija kada mase nema u blizini što je fenomen koji je poznat kao gravitacijski val.
‘Mada se ta teorija testira već gotovo stotinjak godina, ona uporno prolazi sve testove. Međutim, očekuje se da će kod iznimno snažnih gravitacijskih polja početi dolaziti do nekih odstupanja’, rekao je dr. Vinković i dodao: ‘Neutronske zvijezde u paru s nekim bliskim masivnim tijelom, poput druge neutronske zvijezde ili bijelog patuljka, idealan su prirodni laboratorij za testiranje mogućih odstupanja. Takvi parovi gube dovoljno svoje energije gibanja na stvaranje valova u prostoru koji zakrivljuju, da se taj gubitak može izmjeriti, pa odatle velik interes fizičara za ove ekstremne svemirske objekte.’
Zašto astronomi žele odstupanja?
Einsteinova teorija relativnosti, objavljena prije gotovo stotinu godina, do danas je izdržala sve testove. Međutim ona ne može predstavljati konačno tumačenje stvarnosti jer, iako dobro opisuje velike sustave, nije kompatibilna s kvantnom mehanikom koja upravlja fizikom mikrosvijeta. Kada su neka tijela vrlo mala, a ipak vrlo masivna, kao što su crne rupe, dvije teorije upadaju u kontradikciju, a znanstvenici još nemaju konačna teorijska rješenja. Postoje neke alternativne teorije koje bi trebale dati drugačije rezultate ali samo u izuzetno snažnim gravitacijskim poljima kakva se ne mogu naći u Sunčevom sustavu. Budući da je PSR J0348+0432 uistinu ekstreman gravitacijski objekt, znanstvenici se nadaju da će u njegovu sustavu otkriti devijacije, a time i odgovore na otvorena pitanja. No prema prvim informacijama opća teorija relativnosti za sada se i dalje drži.
‘Naša promatranja radio valova toliko su precizna da smo već uspjeli izmjeriti promjenu orbitalnog perioda od 8 milijuntinki sekunde u godini dana, točno koliko Einsteinova teorija predviđa’, rekao je član istraživačkog tima Paulo Freire.
