Forskare hittar bevis på Einsteins teori om allmän relativitet i kärnorna i döda stjärnor

Forskare hittar bevis på Einsteins teori om allmän relativitet i kärnorna i döda stjärnor
Forskare hittar bevis på Einsteins teori om allmän relativitet i kärnorna i döda stjärnor
Anonim

Forskare har stött Albert Einsteins teori om allmän relativitet genom att utforska vita dvärgarnas konstiga mysterier.

Astronomer har länge spekulerat i ett förhållande mellan massan och radien för en vit dvärgstjärna, men fram till nu kunde de inte observera förhållandet mellan stjärnans massa och radie, visar en ny studie. När vita dvärgar får massa minskar de i storlek, till skillnad från de flesta av de kända himmelska föremålen.

I detta nya arbete använde forskarna en ny metod som inkluderade data från tusentals vita dvärgar för att observera det konstiga fenomenet och ge ytterligare bevis för allmän relativitet.

När stjärnor som vår sol tar slut på bränsle, kasta de sina yttre lager och utsätts för en jordkärna. Denna kärna är känd som en vit dvärg och tros vara det ultimata evolutionära tillståndet för stjärnobjektet.

Men dessa stjärnrester är fyllda med ett mysterium, för när vita dvärgar ökar i massa minskar de i storlek. Därför kommer vita dvärgar så småningom att ha en massa som liknar solens, men packade in i en kropp lika stor som jorden.

Vita dvärgar blir så små och kompakta att de så småningom sönderfaller till neutronstjärnor, mycket täta stjärnkroppar med en radie som vanligtvis inte sträcker sig längre än 30 kilometer.

Det konstiga förhållandet mellan massa och radie inuti vita dvärgar teoretiserades på 1930 -talet. Anledningen till att vita dvärgar ökar massan medan sammandragning antas bero på deras elektroners tillstånd - när en vit dvärg drar ihop sig ökar dess elektroner.

Denna mekanism är en kombination av kvantmekanik - den grundläggande teorin i fysiken om rörelse och interaktion mellan subatomära partiklar och Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, som behandlar gravitationseffekter.

"Mass-till-radie-förhållandet är en imponerande kombination av kvantmekanik och gravitation, men för oss trotsar det sunt förnuft", säger Nadya Zakamskaya, docent vid Institutionen för fysik och astronomi vid Johns Hopkins University, som ledde den nya studien. "Vi tror att när ett objekt får massa bör det bli större."

I denna nya studie utvecklade ett team vid Johns Hopkins University en metod för att observera förhållandet mellan massa och radie hos vita dvärgar. Med hjälp av data som samlats in av Sloan Digital Sky Survey och Gaia Space Observatory studerade forskarna 3000 vita dvärgar.

Forskargruppen mätte gravitationsrödförskjutningseffekten, som är tyngdkraftens effekt på ljuset, på stjärnorna. När ljuset rör sig bort från ett objekt, förlängs våglängden för ljuset som kommer från objektet, vilket gör att det verkar rödare. Genom att studera gravitationseffekten av rödförskjutning kunde de bestämma radialhastigheten för vita dvärgar som har samma radie.

Radiell hastighet är avståndet från solen till en given stjärna, som avgör om en stjärna rör sig mot eller bort från solen. Genom att bestämma stjärnornas radiella hastighet kan de också bestämma förändringen i stjärnornas massa.

"Teorin har funnits länge, men det som är anmärkningsvärt är att datamängden vi använde är av en aldrig tidigare skådad storlek och en aldrig tidigare skådad noggrannhet", tillade Zakamska. "Dessa mätmetoder, som i vissa fall utvecklades för många år sedan, fungerar plötsligt mycket bättre, och dessa gamla teorier kan äntligen utforskas."

Metoden som användes i studien gjorde i huvudsak teorin till ett observationsfenomen. Dessutom kan den användas för att studera fler stjärnor i framtiden och kan hjälpa astronomer att analysera den vita dvärgarnas kemiska sammansättning.

"När stjärnan blir mindre när den blir mer massiv, växer gravitationens rödförskjutning också med massa", sade Zakamska.

Rekommenderad: