Med hjälp av extremt höga precisionsmätningar av en pulserande roterande runt omloppet av den vita dvärgen upptäckte astronomerna att gravitationskonstanten, som bestämmer tyngdkraften, är "uppmuntrande konstant" i hela universum.
Det har länge trott att gravitationskonstanten (eller helt enkelt "G") är densamma i hela universum, precis som ljusets hastighet i ett vakuum och Plancks konstant är kända universella konstanter. Men hur kan vi vara säkra på detta?
Tidigare reflekterade forskare lasrarna från månen för att bestämma dess avstånd till jorden och närmade sig den exakta mätningen av G. Och nu undersökte forskare, med hjälp av radiokommunikationen i Green Bank i West Virginia och Arecibo observatoriet i Puerto Rico, solsystemet i detalj och fasta stabila strålningsflimmer producerad av en roterande neutronstjärna eller pulsar, som är tusentals ljusår borta.
Pulsar är en kosmisk klocka i vårt universum. De är de forntida resterna av stora stjärnor som gick ut, överlevde en supernova-explosion och består nu av mycket tät, nedbrytande materia mindre än 32 km i diameter. Pulsars har också kraftfulla magnetfält som kan generera extremt kollimerade strålar av radioemission. Varje gång pulsaren roterar kan polar strålarna sändas till jorden och spelas in i form av pulsationer: precis som en strålkastare blinkar på avstånd. För tidsmätning är denna krusning absolut referens. Astronomer observerar dessa föremål som de mest exakta timekeepersna i universum, som konkurrerar med de mest avancerade atomklockorna som vi har på jorden.
Genom att studera en av de speciella pulsar som heter PSR J1713 + 0747, gjorde astronomer de mest exakta mätningarna av G utanför solsystemet.
"Den övernaturliga beständigheten hos dessa stjärnrester gav spännande bevis för att gravitationens grundläggande kraft," den stora G fysiken ", förblir oförändrad över rymden, säger astronom Weiwei Zhu, en tidigare anställd vid University of British Columbia i Kanada, i ett pressmeddelande från NRAO. "Denna observation har viktiga konsekvenser för kosmologi och vissa grundläggande fysiska krafter."
Zhu är ledande författare till en ny studie publicerad i Astrophysical Journal.
PSR J1713 + 0747 är det ideala laboratoriet för att studera några av de mest grundläggande värdena för rymd, tid och relativitet. För det första har den en unik bred omgång runt en vit dvärg. Pulsar tar 68 dagar för att slutföra en hel cirkel. Det är också otroligt ljust - en av de ljusaste kända pulsarna. Som en dubbelstjärna förlorar systemet en mycket liten mängd energi genom gravitationella vågor - fenomen som förutses av Einsteins generella relativitetsteori.
Deras breda och stabila omlopp innebär att denna energitillförsel, som är extremt liten, har liten effekt på banans bana, vilket gör det till ett huvudmål för all tyngdkrav. (Med en mer kompakt omlopp, skulle mer energi användas för att skilja sig från systemet med hjälp av gravitationella vågor, skulle fel uppstå i mätningar av egenskaperna hos pulsarbanan.) Således kan vi nu noggrant mäta gravitationsegenskapen hos detta stjärnsystem. Varför är detta viktigt?
Dubbelstjärnsystemet för pulsar och den vita dvärgen ligger på ett avstånd av 3750 ljusår från jorden och G-värdet som erhållits efter 21 års radioobservationer sammanfaller nästan helt med de mest exakta mätningarna av G som erhållits från vårt solsystem. Således framgår det (åtminstone i detta test) att G är konstant i hela känt universum.
"Gravity är kraften som binder stjärnor, planeter och galaxer tillsammans", sa astronom och medförfattare Scott Rhans från National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "Även om det verkar vara permanent på jorden, finns det några teorier i kosmologi, där det antas att tyngdkraften kan förändras i en annan tid eller i andra delar av universum."
"Dessa resultat, nya och gamla, tillåter oss att utesluta sannolikheten för förekomsten av" speciella "tider eller platser med olika gravitationstecken", sade astronom och medförfattare Ingrid Trappor, också från University of British Columbia i Kanada. "Tyngdets teorier, som skiljer sig från den allmänna relativitetsteorin, gör ofta sådana förutsägelser, och vi har lagt nya ramar på parametrarna som beskriver dessa teorier."
"Gravitationskonstanten är en grundläggande konstant i fysiken, så det är viktigt att kontrollera detta allmänna antagande med objekt på olika ställen, tider och förhållanden," tillade Zhu. "Det faktum att vi ser att gravitationen uppträder på samma sätt, både i vårt solsystem och i system av avlägsna stjärnor, bekräftar att gravitationskonstanten faktiskt är universell." Intressant kommer vi inom kort att få ett annat "relativitetsteorinets laboratorium", när det globala programmet Event Horizon Telescope (EHT) börjar ta emot hög precisionsdata, eventuellt i slutet av året.
EHT är en global interferometer för en distribuerad radioantennregistreringsdata från ett supermassivt svart hål i mitten av vår galax, känd som Skytten A * (eller Sgr A *). Astronomer förbereder för första gången att undersöka det starka tyngdkraftslaboratoriet, vilket avslöjar den mest extrema gravitationsmiljön som hittills är känd och potentiellt - öppnande av fysik utöver den allmänna relativitetsteorin.
Det är intressant att se om värdet på G kommer att förbli konstant även på kanten av Event Horizon ...
