สล็อตแตกง่าย เป็นเวลา 16 ปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตระบบดาวฤกษ์ตายสองดวงที่เต้นเป็นจังหวะที่ไม่ซ้ำแบบใครพัลซาร์คู่ที่รู้จักกันเพียงคนเดียวได้เปิดเผยข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับจักรวาลที่ไม่ซ้ำแบบใคร
เป็นเวลากว่า 16 ปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้เฝ้าสังเกตพัลซาร์คู่หนึ่ง ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่ดูเหมือนจะเต้นเป็นจังหวะ การวัดยืนยันทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไปสู่ระดับใหม่ของความแม่นยำ และคำใบ้ถึงผลกระทบที่ละเอียดอ่อนของทฤษฎีนี้ นักฟิสิกส์รายงานในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 13 ธันวาคมในPhysical Review X
พัลซาร์ที่หมุนรอบดาวฤกษ์ที่ตายแล้วซึ่งทำจากนิวตรอนอัดแน่น ดูเหมือนจะกะพริบเปิดและดับเนื่องจากลำแสงที่เหมือนประภาคารของพวกมันซึ่งกวาดผ่านโลกเป็นระยะๆ ความแปรผันของจังหวะเวลาของพัลส์เหล่านั้นสามารถเปิดเผยการเคลื่อนไหวของพัลซาร์และผลกระทบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แม้ว่านักฟิสิกส์จะพบพัลซาร์เดี่ยวจำนวนมาก แต่ก็มีคู่ที่รู้จักเพียงคู่เดียวเท่านั้นที่โคจรรอบกันและกัน การค้นพบระบบพัลซาร์คู่ในปี พ.ศ. 2546 ซึ่งมีชื่อว่า J0737-3039 ได้เปิดโลกทัศน์ใหม่ของวิธีที่เป็นไปได้ในการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
พัลซาร์ตัวหนึ่งหมุนประมาณ 44 ครั้งต่อวินาที
ขณะที่อีกอันหมุนรอบทุกๆ 2.8 วินาที พัลซาร์ที่เคลื่อนที่ช้ากว่านั้นมืดลงในปี 2008 เนื่องมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่หมุนคานออกไปให้พ้นสายตา แต่นักวิจัยยังคงเฝ้าติดตามพัลซาร์ที่มองเห็นได้ที่เหลืออยู่ โดยรวมข้อมูลใหม่นั้นกับการสังเกตแบบเก่าเพื่อปรับปรุงความแม่นยำของการวัด
นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Michael Kramer จากสถาบัน Max Planck สำหรับดาราศาสตร์วิทยุในเมือง Bonn ประเทศเยอรมนีและเพื่อนร่วมงานได้ทิ้งเอกสารฉบับสมบูรณ์ซึ่ง “เพียงแค่วางมันทั้งหมด” นักฟิสิกส์ Clifford Will จากมหาวิทยาลัยฟลอริดาใน Gainesville กล่าว “สำหรับฉัน มันวิเศษมาก”
ต่อไปนี้คือข้อมูลเชิงลึก 5 ข้อจากการศึกษาใหม่:
ไอน์สไตน์พูดถูกในหลาย ๆ ด้าน พัลซาร์ดูโออนุญาตให้ทำการทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปอย่างอิสระห้าครั้งในครั้งเดียว ตรวจสอบว่าคุณสมบัติต่างๆ ของวงโคจรตรงกับการทำนายของทฤษฎีของไอน์สไตน์หรือไม่ ตัวอย่างเช่น นักวิจัยวัดอัตราที่วงรีของวงโคจรหมุนหรือเคลื่อนผ่าน เพื่อดูว่าสอดคล้องกับความคาดหวังหรือไม่ พารามิเตอร์ทั้งหมดสอดคล้องกับไอน์สไตน์
ยิ่งไปกว่านั้น นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ สกอตต์ แรนซัม จากหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติในเมืองชาร์ลอตส์วิลล์ รัฐเวอร์จิเนีย กล่าว “การทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปแต่ละครั้งมีความแม่นยำมากจน … ผลกระทบลำดับที่สูงกว่าของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจะต้องรวมเข้ากับข้อมูลด้วย ” นั่นหมายความว่าการวัดนั้นเข้มงวดมากจนบ่งบอกถึงลักษณะเฉพาะของแรงโน้มถ่วง “สิ่งเหล่านั้นทั้งหมดน่าทึ่งมาก” แรนซัมซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว
คลื่นความโน้มถ่วงเป็นพลังงานดูดกลืนการสังเกตพบว่าวงโคจรของพัลซาร์กำลังหดตัว โดยการวัดระยะเวลาที่พัลซาร์ใช้ในการโคจรแต่ละรอบ นักวิจัยได้พิจารณาแล้วว่าทั้งคู่เข้าใกล้กันมากขึ้นประมาณเจ็ดมิลลิเมตรทุกวัน
นั่นเป็นเพราะขณะที่มันโคจรรอบ พัลซาร์จะกระตุ้นคลื่นความโน้มถ่วงระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่สั่นสะเทือนออกไปด้านนอก นำพลังงานออกไป ( SN: 12/18/15 ) การหดตัวของปากโป้งนี้เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1970 ในระบบที่มีหนึ่งพัลซาร์และหนึ่งดาวนิวตรอน ซึ่งให้หลักฐานเบื้องต้นเกี่ยวกับคลื่นโน้มถ่วง ( SN: 12/16/78 ) แต่ผลลัพธ์ใหม่นั้นแม่นยำกว่าการวัดครั้งก่อนถึง 25 เท่า
พัลซาร์กำลังสูญเสียมวลและนั่นก็สำคัญ
มีเอฟเฟกต์ที่ละเอียดกว่าที่จะปรับแต่งวงโคจรนั้นด้วย พัลซาร์จะค่อยๆ ช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้สูญเสียพลังงานหมุนเวียน และเนื่องจากพลังงานและมวลเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน นั่นหมายความว่าพัลซาร์ที่เร็วกว่าจะสูญเสียประมาณ 8 ล้านเมตริกตันต่อวินาที
“เมื่อฉันรู้ว่าเป็นครั้งแรก มันทำให้ฉันผิดหวังจริงๆ” เครเมอร์กล่าว แม้ว่าจะฟังดูมาก แต่การสูญเสียมวลนั้นเท่ากับการปรับวงโคจรเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถละเลยผลกระทบนี้ในการคำนวณได้ เนื่องจากการปรับแต่งมีขนาดเล็กมาก แต่ตอนนี้การวัดวงโคจรแม่นยำพอที่จะรวมไว้ด้วย
เราสามารถบอกได้ว่าพัลซาร์หมุนไปทางใดและบอกเป็นนัยถึงที่มาของมันนักวิทยาศาสตร์สามารถบอกได้ว่าพัลซาร์ที่เร็วกว่านั้นกำลังหมุนไปในทิศทางใดโดยการศึกษาจังหวะเวลาของพัลซาร์ที่แสงจากพัลซาร์หนึ่งเคลื่อนผ่านตัวของมัน ผลการวิจัยระบุว่าพัลซาร์หมุนไปในทิศทางเดียวกับที่โคจรรอบ และนั่นให้เบาะแสว่าพัลซาร์ดูโอก่อตัวอย่างไร
พัลซาร์ทั้งสองเริ่มเป็นดาวฤกษ์ข้างเคียงที่ระเบิดออกมาทีละดวง บ่อยครั้งเมื่อดาวระเบิด ส่วนที่เหลือที่มันทิ้งไว้จะถูกเตะออกไป และแยกคู่ออกจากกัน ความจริงที่ว่าพัลซาร์ที่เร็วขึ้นหมุนไปในทิศทางเดียวกับที่มันโคจรหมายความว่าการระเบิดที่เกิดขึ้นไม่ได้ทำให้เกิดการกระแทกมากนัก ช่วยอธิบายว่าสหภาพยังคงไม่บุบสลายอย่างไร สล็อตแตกง่าย
