وجد العلماء دليلاً على نظرية أينشتاين للنسبية العامة في قلب النجوم الميتة

وجد العلماء دليلاً على نظرية أينشتاين للنسبية العامة في قلب النجوم الميتة
وجد العلماء دليلاً على نظرية أينشتاين للنسبية العامة في قلب النجوم الميتة
Anonim

لقد أيد العلماء نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين من خلال استكشاف الألغاز الغريبة للأقزام البيضاء.

أظهرت دراسة جديدة أن علماء الفلك قد تكهنوا منذ فترة طويلة بوجود علاقة بين كتلة ونصف قطر النجم القزم الأبيض ، لكن حتى الآن لم يتمكنوا من ملاحظة العلاقة بين كتلة النجم ونصف قطره. عندما تكتسب الأقزام البيضاء كتلة ، يقل حجمها ، على عكس معظم الأجرام السماوية المعروفة.

في هذا العمل الجديد ، استخدم الباحثون طريقة جديدة تضمنت بيانات من آلاف الأقزام البيضاء لمراقبة الظاهرة الغريبة وتقديم دليل إضافي للنسبية العامة.

عندما ينفد الوقود من نجوم مثل شمسنا ، فإنها تتخلص من طبقاتها الخارجية وتتعرض لنواة بحجم الأرض. يُعرف هذا اللب بالقزم الأبيض ويُعتقد أنه الحالة التطورية النهائية للجسم النجمي.

لكن هذه البقايا النجمية محفوفة بالغموض ، لأنه عندما يزداد حجم الأقزام البيضاء ، يقل حجمها. لذلك ، سيكون للأقزام البيضاء في نهاية المطاف كتلة مماثلة لكتلة الشمس ، لكنها ستكون مجمعة في جسم بحجم الأرض.

تصبح الأقزام البيضاء صغيرة جدًا ومضغوطة لدرجة أنها تتفكك في النهاية إلى نجوم نيوترونية ، وهي أجسام نجمية كثيفة جدًا بنصف قطر لا يتجاوز عادةً 30 كيلومترًا.

تم وضع نظرية العلاقة الغريبة بين الكتلة ونصف القطر داخل الأقزام البيضاء في ثلاثينيات القرن الماضي. يُعتقد أن سبب زيادة الأقزام البيضاء للكتلة أثناء الانقباض يرجع إلى حالة إلكتروناتها - عندما يتقلص قزم أبيض ، تزداد إلكتروناته.

هذه الآلية هي مزيج من ميكانيكا الكم - النظرية الأساسية في الفيزياء حول حركة وتفاعل الجسيمات دون الذرية ونظرية ألبرت أينشتاين العامة للنسبية ، والتي تتعامل مع تأثيرات الجاذبية.

قالت نادية زاكامسكايا ، الأستاذة المساعدة في قسم الفيزياء والفلك بجامعة جونز هوبكنز ، التي قادت الدراسة الجديدة: "إن نسبة الكتلة إلى نصف القطر هي مزيج مثير للإعجاب من ميكانيكا الكم والجاذبية ، لكنها بالنسبة لنا تتحدى الفطرة السليمة".. "نعتقد أنه عندما يكتسب الجسم كتلة ، يجب أن يكبر."

في هذه الدراسة الجديدة ، طور فريق من جامعة جونز هوبكنز طريقة لرصد نسبة الكتلة إلى نصف القطر في الأقزام البيضاء. باستخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة Sloan Digital Sky Survey و Gaia Space Observatory ، درس الباحثون 3000 من الأقزام البيضاء.

قام فريق البحث بقياس تأثير الانزياح الأحمر الثقالي ، وهو تأثير الجاذبية على الضوء ، على النجوم. عندما يتحرك الضوء بعيدًا عن الجسم ، يزداد الطول الموجي للضوء المنبعث من الكائن ، مما يجعله يبدو أكثر احمرارًا. من خلال دراسة تأثير الجاذبية للانزياح الأحمر ، تمكنوا من تحديد السرعة الشعاعية للأقزام البيضاء التي لها نفس نصف القطر.

السرعة الشعاعية هي المسافة من الشمس إلى نجم معين ، والتي تحدد ما إذا كان النجم يتحرك باتجاه الشمس أو بعيدًا عنها. من خلال تحديد السرعة الشعاعية للنجوم ، يمكنهم أيضًا تحديد التغير في كتلة النجوم.

وأضاف زكامسكا: "النظرية كانت موجودة منذ فترة طويلة ، ولكن اللافت للنظر هو أن مجموعة البيانات التي استخدمناها ذات حجم غير مسبوق ودقة غير مسبوقة". "طرق القياس هذه ، التي تم تطويرها في بعض الحالات منذ سنوات عديدة ، تعمل فجأة بشكل أفضل بكثير ، ويمكن أخيرًا استكشاف هذه النظريات القديمة."

الطريقة المستخدمة في الدراسة حولت النظرية بشكل أساسي إلى ظاهرة رصدية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدامه لدراسة المزيد من النجوم في المستقبل ويمكن أن يساعد علماء الفلك في تحليل التركيب الكيميائي للأقزام البيضاء.

قال زاكامسكا: "كلما أصبح النجم أصغر كلما زاد حجمه ، فإن انزياح الجاذبية إلى الأحمر يزداد أيضًا مع الكتلة".

موصى به: