سربلندی اینشتین از سخت‌ترین آزمون نسبیّتی

یک منظومه‌ دوگانه‌ ستاره‌ای به فاصله‌ تقریباً ۷۰۰۰ سال نوری از زمین، آزمایشگاه کیهانی منحصربفردی شده تا فیزیکدانان از طریق‌اش به بررسی هرچه‌بهتر ماهیّت نیروی جاذبه بپردازند. جاذبه‌ فوق‌العاده زیاد یک تپ‌اختر که در اطراف یک کوتوله سفید می‌چرخد، چندین نظریه‌ معتبر جاذبه را به مصاف آزمون سختی نشانده تا در این بین، از دقیق‌ترین‌شان سردرآوریم.

بار دیگر، این نظریه نسبیت عام اینشتین بود که گرچه بالغ بر یک قرن پیش و در سال ۱۹۱۵ منتشر شده بود، اما موفق شد از این جدیدترین آزمون نسبیتّی هم سربلند بیرون بیاید. دانشمندان توقع داشتند که نظریه‌ اینشتین، بالاخره تحت شرایط فوق‌العاده سهمگین کیهانی، اشتباه از آب درآید. مثلاً نسبیت عام و نظریه کوانتوم، آب‌شان به یک جو نمی‌رود و فیزیکدانان امیدوارند که بتوان توضیح دیگری را هم از رفتار نیروی جاذبه یافت تا چنین تباینی را مرتفع سازد.

حال، یک تپ‌اختر نویافته – به‌معنی لاشه‌ چرخان یک ستاره‌ سنگین‌وزن – و کوتوله‌ سفیدی که هر ۲،۵ ساعت یک‌بار به دور هم می‌چرخند، پای این چندین نظریه‌ متعارض را به سخت‌ترین آزمونی که تاکنون از سرگذرانده‌اند کشانده. مشاهدات اخیر ستاره‌شناسان از تپ‌اختر PSR J0348+0432، نتایجی را حاصل کرده که با پیش‌بینی‌های نسبیت عام از در همخوانی درآمده‌اند.

این رصدها، نخست با کشف زوج مزبور از خلال مشاهدات رادیوتلسکوپ غول‌آسای گرین‌بنگ ویرجینیا رقم خورد، و سپس در نور مرئی و از طریق تلسکوپ Apache Point نیومکزیکو، رصدخانه‌ VLT شیلی، و تلسکوپ ویلیام هرشل جزایر قناری پی گرفته شد. مشاهدات تکمیلی رادیوتلسکوپ‌های کوه‌پیکر «آرسیبو»ی پورتوریکو و افلزبرگ آلمان، داده‌های گرانبهایی را در خصوص تغییرات فوق‌العاده جزئی مدار این زوج کیهانی در اختیار اخترشناسان گذاشت.

در این منظومه‌های مهیب کیهانی، مدار اعضاء با گذشت زمان تحلیل می‌رود و پتانسیل جاذبه‌شان به‌شکل «امواج گرانشی» به فضا پخش می‌شود. اخترشناسان هم با محاسبه‌ دقیق زمان ورود پالس‌های رادیویی تپ‌اختر در بازه‌های بلندمدت زمانی، قادر به تعیین آهنگ این زوال تدریجی و لذا قدرت امواج گرانشی گسیلی از این منظومه هستند. جرم فوق‌العاده بالای تپ‌اختر PSR J0348+0432، فاصله نسبتاً کم اعضاء، و همچنین این مسأله که کوتوله‌ سفید همدم تپ‌اختر، از چگالی کم‌تر اما قابل توجهی در نسبت با خود تپ‌اختر برخوردار است، این منظومه را آوردگاه بی‌بدیلی برای محک زدن نظریات مختلف حوزه‌ جاذبه کرده است.

برخی از دانشمندان گمان می‌کردند که احتمالاً معادلات نسبیت عام اینشتین، تحت شرایط فوق‌العاده مهیب این منظومه، موفق به پیش‌بینی مقادیر دقیق امواج گرانشی گسیلی نشوند و نظریات جایگزین، در این مورد عملکرد بهتری نشان بدهند. پائولو فرایره (Paulo Freire)، از متخصصین شاخه‌ اخترشناسی رادیویی انیستیتو ماکس پلانک آلمان در این‌باره می‌گوید: "گمان می‌کردیم این منظومه به‌قدری مهیب باشد که به شکست نسبیت عام بیانجامد؛ اما عوض‌اش پیش‌بینی‌های اینشتین به‌خوبی برقرار ماندند".

به‌گفته دانشمندان، این خبر خوبی برای پژوهش‌گرانی‌ست که درصدد تشخیص مستقیم امواج گرانشی از طریق ادوات پیشرفته برآمده‌اند؛ ادواتی که به امواج گرانشی گسیلی از منظومه‌های میزبان سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی‌ای که تا به آستانه‌ برخورد نهایی‌شان به گرد هم می‌چرخند، حساسیت دارند.

تشخیص امواج گرانشی، کار فوق‌العاده سختی‌ست؛ به‌طوریکه حتی بهترین ادوات حال حاضر دنیا هم احتمالاً آن‌ها را در نویز خودشان تحلیل ببرند. اما شناخت ویژگی‌های این امواج، به استحصال هرچه‌بهتر داده‌های مفید از خلال این نویزها کمک خواهد کرد.

رایان لینچ (Ryan Lynch)، از اخترشناسان دانشگاه مک‌گیل کانادا می‌گوید: "نتایج تحقیقات‌مان نشان می‌دهد که شیوه‌های فیلترینگی که برای این ادوات طراحی شده، همچنان معتبرند".

در همین زمینه:

نگاهی به فراسوی فضا و زمان

انفجاری که ستون‌های فیزیک را لرزاند

«خدا هیچ‌وقت تاس نمی‌اندازد»

توضیحات تصاویر:

۱ - طرحی از منظومه‌ PSR J0348+0432؛ متشکل از یک تپ‌اختر (جسم کوچک‌تر) و یک کوتوله سفید؛ که هر دو بقایای مرگ ستارگانی با جرم‌های مختلف‌اند / منبع: ESO/L. Calçada

۲ - رادیوتلسکوپ غول‌آسای «رابرت سی. بایرد»؛ واقع در دره گرین‌بنک ویرجینیا با قطر یکصد متر، که ستاره‌شناسان به کمک‌اش موفق به کشف منظومه‌ PSR J0348+0432 شده‌اند.