Νέος τρόπος για τη μέτρηση της καμπυλότητας του Διαστήματος θα μπορούσε να ενώσει τη θεωρία της βαρύτητας
[/λεζάντα]
Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν περιγράφει τη βαρύτητα με όρους γεωμετρίας τόσο του χώρου όσο και του χρόνου. Μακριά από μια πηγή βαρύτητας, όπως ένα αστέρι όπως ο ήλιος μας, το διάστημα είναι «επίπεδο» και τα ρολόγια χτυπούν με τον κανονικό ρυθμό τους. Πιο κοντά σε μια πηγή βαρύτητας, ωστόσο, τα ρολόγια επιβραδύνουν και ο χώρος καμπυλώνεται. Αλλά η μέτρηση αυτής της καμπυλότητας του χώρου είναι δύσκολη. Ωστόσο, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει τώρα μια σειρά ραδιοτηλεσκοπίων σε ολόκληρη την ήπειρο για να κάνουν μια εξαιρετικά ακριβή μέτρηση της καμπυλότητας του διαστήματος που προκαλείται από τη βαρύτητα του Ήλιου. Αυτή η νέα τεχνική υπόσχεται να συμβάλει σημαντικά στη μελέτη της κβαντικής φυσικής.
«Η μέτρηση της καμπυλότητας του χώρου που προκαλείται από τη βαρύτητα είναι ένας από τους πιο ευαίσθητους τρόπους για να μάθουμε πώς η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν σχετίζεται με την κβαντική φυσική. Η ένωση της θεωρίας της βαρύτητας με την κβαντική θεωρία είναι ένας σημαντικός στόχος της φυσικής του 21ου αιώνα και αυτές οι αστρονομικές μετρήσεις είναι το κλειδί για την κατανόηση της σχέσης μεταξύ των δύο», δήλωσε ο Sergei Kopeikin από το Πανεπιστήμιο του Μιζούρι.
Ο Kopeikin και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το σύστημα ραδιοτηλεσκοπίου Very Long Baseline Array (VLBA) του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών για να μετρήσουν την κάμψη του φωτός που προκαλείται από τη βαρύτητα του Ήλιου σε ένα μέρος σε 30.000 3.333 (διορθώθηκε από NRAO και ενημερώθηκε εδώ στις 9/03/ 09 — δείτε αυτόν τον σύνδεσμο παρέχεται από τον Ned Wright του UCLA για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την εκτροπή και την καθυστέρηση του φωτός). Με περαιτέρω παρατηρήσεις, οι επιστήμονες λένε ότι η τεχνική ακριβείας τους μπορεί να κάνει την πιο ακριβή μέτρηση αυτού του φαινομένου ποτέ.
Η κάμψη του αστρικού φωτός από τη βαρύτητα είχε προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν όταν δημοσίευσε τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας το 1916. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, η ισχυρή βαρύτητα ενός ογκώδους αντικειμένου όπως ο Ήλιος παράγει καμπυλότητα στον κοντινό χώρο, η οποία αλλάζει τη διαδρομή του φωτός ή ραδιοκύματα που περνούν κοντά στο αντικείμενο. Το φαινόμενο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης ηλίου το 1919.
Αν και έχουν πραγματοποιηθεί πολυάριθμες μετρήσεις του αποτελέσματος τα 90 χρόνια που μεσολάβησαν, το πρόβλημα της συγχώνευσης της Γενικής Σχετικότητας και της κβαντικής θεωρίας απαιτούσε ολοένα και πιο ακριβείς παρατηρήσεις. Οι φυσικοί περιγράφουν την καμπυλότητα του διαστήματος και τη βαρυτική κάμψη του φωτός ως μια παράμετρο που ονομάζεται «γάμα». Η θεωρία του Αϊνστάιν υποστηρίζει ότι το γάμμα πρέπει να ισούται ακριβώς με 1,0.
«Ακόμη και μια τιμή που διαφέρει κατά ένα μέρος στο εκατομμύριο από το 1,0 θα είχε σημαντικές προεκτάσεις για τον στόχο της ένωσης της θεωρίας της βαρύτητας και της κβαντικής θεωρίας, και έτσι για την πρόβλεψη των φαινομένων σε περιοχές υψηλής βαρύτητας κοντά στις μαύρες τρύπες», είπε ο Kopeikin.
Για να κάνουν εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις, οι επιστήμονες στράφηκαν στο VLBA, ένα σύστημα ραδιοτηλεσκοπίων σε όλη την ήπειρο που κυμαίνονται από τη Χαβάη έως τις Παρθένες Νήσους. Το VLBA προσφέρει τη δύναμη να κάνετε τις πιο ακριβείς μετρήσεις θέσης στον ουρανό και τις πιο λεπτομερείς εικόνες από οποιοδήποτε διαθέσιμο αστρονομικό όργανο.
Sun's Path in Sky in Front of Quasars, 2005. Credit: NRAO
Οι ερευνητές έκαναν τις παρατηρήσεις τους καθώς ο Ήλιος περνούσε σχεδόν μπροστά από τέσσερα μακρινά κβάζαρ - μακρινούς γαλαξίες με υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στον πυρήνα τους - τον Οκτώβριο του 2005. Η βαρύτητα του Ήλιου προκάλεσε ελαφρές αλλαγές στις εμφανείς θέσεις των κβάζαρ επειδή εκτροπή του ραδιοφώνου κύματα που προέρχονται από τα πιο μακρινά αντικείμενα.
Το αποτέλεσμα ήταν μια μετρημένη τιμή γάμμα 0,9998 +/- 0,0003, σε εξαιρετική συμφωνία με την πρόβλεψη του Αϊνστάιν για 1,0.
«Με περισσότερες παρατηρήσεις σαν τη δική μας, εκτός από συμπληρωματικές μετρήσεις όπως αυτές που έγιναν με το διαστημικό σκάφος Cassini της NASA, μπορούμε να βελτιώσουμε την ακρίβεια αυτής της μέτρησης κατά τουλάχιστον ένα συντελεστή τεσσάρων, για να παρέχουμε την καλύτερη μέτρηση του γάμμα ποτέ», δήλωσε ο Edward Fomalont. του Εθνικού Αστεροσκοπείου Ραδιοαστρονομίας (NRAO). «Δεδομένου ότι το γάμμα είναι μια θεμελιώδης παράμετρος των θεωριών βαρύτητας, η μέτρησή του με χρήση διαφορετικών μεθόδων παρατήρησης είναι ζωτικής σημασίας για να ληφθεί μια τιμή που υποστηρίζεται από την κοινότητα της φυσικής», πρόσθεσε ο Fomalont.
Ο Kopeikin και ο Fomalont συνεργάστηκαν με τον John Benson του NRAO και τον Gabor Lanyi του Jet Propulsion Laboratory της NASA. Ανέφεραν τα ευρήματά τους στο J Τεύχος 10 Ιουλίου του Astrophysical Journal.
Πηγή: NRAO