КАК УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ КОНСТАНТЫ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ

Гравитация является одним из четырёх фундаментальных взаимодействий. А согласно исследованию одного удалённого пульсара, которое ведётся вот уже несколько десятилетий, гравитационное взаимодействие может быть постоянным во всей Вселенной. Этот анализ — попытка ответить на очень давний вопрос: действительно ли сила тяжести является одинаковой везде и всегда? И, похоже, что, скорее всего, это так.

В этом исследовании учёные активно использовали возможности параболического телескопа Грин-Бэнк Национальной радиоастрономической обсерватории и свою же обсерваторию Аресибо в Пуэрто-Рико. В течение вот уже 21 года астрономы наблюдают за устойчивыми пульсациями объекта под названием PSR J1713+0747. На сегодняшний день это кропотливое исследование дало возможность впервые максимально точно определить значение гравитационной постоянно за пределами Солнечной системы.

Как известно, пульсары являются вращающимися, суперплотными остатками массивных звёзд, которые когда-то взорвались как сверхновые. На Земле они обнаруживают себя по лучам радиоволн, которые исходят из их магнитных полюсов и распространяются во все стороны, по мере вращения пульсара. В связи с тем, что эти объекты являются феноменально плотными и тяжёлыми, и в то же время сравнительно небольшими, всего 20025 километров в диаметре, некоторые пульсары в состоянии поддерживать свой цикл вращения с такой точностью, которая может конкурировать с лучшими атомными часами на Земле. Именно это и делает пульсары исключительными космическими лабораториями для изучения фундаментальных характеристик пространства, времени и гравитации.

Конкретно это пульсар PSR J1713+0747 расположен от нас на расстоянии приблизительно 3750 световых лет. Он вращается вокруг звезды-компаньона, которая является белым карликом, и стал одним из самых ярких и самых устойчивых пульсаров. Предыдущие исследования уже показали, что ему требуется примерно  68 дней, чтобы сделать оборот вокруг соседней звезды.

Это означает, что они имеют довольно широкую орбиту. Такое разделение между объектами очень важно для исследования гравитационной силы, поскольку эффект гравитационного излучения (устойчивого преобразования орбитальной скорости в гравитационные волны, как предсказывал Эйнштейн) невероятно мал и оказал бы незначительное влияние на орбиту пульсара. Это исходит из того, что если бы у пульсара были более явные орбитальные изменения, то не было бы такой точности определения его вращения.

«Такая жуткая согласованность в поведении этого звёздного остатка даёт нам все основания говорить, что фундаментальная характеристика силы тяжести, а именно гравитационная постоянная G, является постоянной всюду в пространстве. Это наблюдение вообще имеет очень большое значение для космологии и некоторых других фундаментальных сил физики», — Вейвей Чжу, астроном и ведущий автор исследований.

«Гравитация — это та сила, которая связывает вместе звёзды, планеты и галактики. И хотя мы считаем, что для Земли она постоянна и универсальна, в космологии существуют несколько теорий, который утверждают, что гравитационная сила может изменяться в течение долгого времени или различаться в различных частях Вселенной», — Скотт Рэнсом, соавтор и  астроном в Национальной радиоастрономической обсерватории.

Данные, полученные в ходе этого эксперимента, согласуются с тем утверждением, что гравитационная постоянная в отдалённой системе остаётся неизменной. Ранее проводились похожие исследования в нашей Солнечной Системе во время точного лазерного измерения расстояния от Земли до Луны. Тогда было выявлена такая же зависимость: в течение долгого времени гравитационная постоянная не изменяется.

«Эти результаты, старый и новый, позволяют нам с хорошей уверенностью исключить теорию о специальном времени или расположении объектов, из-за чего происходит разнообразное гравитационное поведение. Все гравитационные теории, которые отличаются от Общей Теории Относительности, часто делают такие предположения. Но мы наложили новые ограничения на характеристики этих теорий», — добавляет Ингрид Стэрс.

Чжу подводит итог: «Гравитационная постоянная — фундаментальная константа физики, таким образом, нам было важно проверить это утверждение, используя объекты в различных местах и гравитационных условиях. Факт того, что мы видим, что гравитационное взаимодействие в Солнечной Системе ведёт себя так же, как и в отдалённой звёздной системе, даёт нам право утверждать, что его константа действительно универсальна».