نظریه نسبیت عام اینشتین این بار در هسته ستارگان مرده تأیید شد

به گزارش وبلاگ مهیار، دانشمندان با کاوش رازهای عجیب ستارگان کوتوله سفید در زمینه رابطه جرم و اندازه آن ها، به نتایجی رسیدند که تأیید دیگری بر نظریه نسبیت عام اینشتین است.

نظریه نسبیت عام اینشتین این بار در هسته ستارگان مرده تأیید شد

ستاره شناسان مدت هاست که به لحاظ تئوری ارتباط بین جرم و شعاع کوتوله های سفید را می شناسند اما تا به امروز نتوانسته بودند که این ارتباط را مشاهده کنند. این رابطه تئوری بیان می نماید که برخلاف بیشتر اجرام آسمانی، با بیشتر شدن جرم کوتوله های سفید، اندازه آن ها کاهش می یابد.

همین چند ماه گذشته بود که نظریه نسبیت عام در یک پژوهش پیرامون سیاهچاله ها تأیید شد. حالا و در پژوهشی تازه، محققان از یک روش جدید که شامل داده های هزاران کوتوله سفید می شد استفاده کردند تا پدیده عجیب جرم-شعاع آن ها را مشاهده کنند و تأیید دیگری برای نظریه نسبیت عام اینشتین فراهم کنند.

رابطه جرم-شعاع کوتوله های سفید

هنگامی که سوخت ستارگانی مانند خورشید ما خاتمه می یابد، لایه های بیرونی خود را از دست می دهند و به هسته کوچک خود که به اندازه زمین است فرو می ریزند. این هسته به کوتوله سفید (White Dwarf) معروف است و گمان می شود که حالت نهایی تکامل یک جرم ستاره ای است.

  • پرجرم ترین ستاره ها چقدر از خورشید سنگین تر هستند؟

این بقایای ستاره ای رازی را هم همراه خود دارند. زمانی که جرم کوتوله های سفید افزایش می یابد اندازه آن ها کم می شود. بنابراین کوتوله های سفید با جرمی همانند خورشید خاتمه می یابند اما در اندازه ای که برابر زمین است. کوتوله های سفید آن قدر کوچک و جمع می شوند که در نهایت به ستارگان نوترونی تبدیل می شوند که اجرام ستاره ای بسیار چگال هستند با شعاعی که معمولا بیش از 30 کیلومتر نمی شود.

نظریه رابطه عجیب جرم و شعاع کوتوله های سفید، در دهه 1930 میلادی (دهه 10 خورشیدی) ارائه شد. تصور بر این است که این رابطه وارونه به دلیل حالت الکترون های این اجرام است. هرچه یک کوتوله سفید فشرده می شود، تعداد الکترون های آن افزایش می یابد. این مکانیزم، ترکیبی از مکانیک کوانتومی (یک تئوری پایه در فیزیک درباره حرکت و برهم کنش ذرات زیراتمی) و همچنین نظریه نسبیت عام اینشتین است که به آنالیز گرانش می پردازد.

نادیا زاکامسا (Nadia Zakamska) استادیار گروه فیزیک و نجوم دانشگاه جانز هاپکینز، که نظارت این پژوهش را بر عهده داشت، گفت: رابطه جرم-شعاع یک ترکیب تماشایی از مکانیک کوانتومی و گرانش است اما چیزی خلاف انتظار ماست. از دید ما زمانی که جرم یک جسم افزایش می یابد، باید بزرگتر شود.

روش انجام پژوهش

در این مطالعه تازه، این تیم از دانشگاه جانز هاپکینز، روشی را برای مشاهده رابطه جرم-شعاع در کوتوله های سفید توسعه داده اند. پژوهشگران با استفاده از داده های گردآوری شده توسط پروژه نقشه برداری آسمانی دیجیتال اسلون (Sloan Digital Sky Survey) و تلسکوپ فضایی گایا (Gaia) به 3000 کوتوله سفید نگاه نموده اند.

این تیم اثر انتقال به سرخ گرانشی را که اثر گرانش بر روی نور ستاره محسوب می شود، اندازه گرفته اند. هنگام دور شدن نور از یک جسم، طول موج نوری که از آن می آید به دلیل گرانش کشیده تر شده و باعث سرخ تر دیده شدن آن می شود. به عبارتی انرژی که نور باید برای فرار از گرانش صرف کند به صورت افزایش طول موج خود را نشان می دهد.

با نگاه به پدیده انتقال به سرخ گرانشی، پژوهشگران توانستند سرعت شعاعی کوتوله های سفیدی را که شعاع یکسانی دارند، اندازه بگیرند. سرعت شعاعی، بر اساس فاصله از خورشید محاسبه می شود که معین می نماید یک ستاره به سمت خورشید می آید یا از آن دور می شود. با معین این سرعت شعاعی، دانشمندان پیروز شدند تغییر جرم ستاره را نیز اندازه گیری کنند.

زاکامسا افزود: تئوری این رابطه برای مدت های طولانی وجود داشته است اما آن چه قابل توجه است این است که ما داده هایی با شمار و دقت بی سابقه استفاده کردیم. این روش های اندازه گیری که در بعضی موارد سال های پیش توسعه یافته بودند، ناگهان بسیار بهتر کار می کنند و نظریه های قدیمی خاتمه قابل آنالیز و استفاده است.

می توان گفت که روش استفاده شده در این مطالعه، اساسا یک تئوری را به یک پدیده قابل مشاهده تبدیل نموده است. علاوه بر این برای مطالعه ستاره های بیش تر در آینده هم قابل استفاده است و به ستاره شناسان یاری می نماید تا ترکیب شیمیایی کوتوله های سفید را هم تجزیه و تحلیل کنند.

سرپرست این مقاله که در ژورنال اخترفیزیکی (The Astrophysical Journal) منتشر شده، اشاره نمود: از آنجا که ستاره با بیشتر شدن جرم، کوچکتر می شود اثر انتقال به سرخ گرانشی نیز با جرم زیاد می شود. و درک این موضوع آسان تر است که خروج نور از یک جرم زیاد فشرده شده، سخت تر از خروج نور از یک جرم کم با اندازه بزرگتر خواهد بود. این دقیقا همان کاری است که در داده ها مشاهده نموده ایم.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از کوتوله سفید

Credit: Miriam Nielsen

منبع: Space

منبع: دیجیکالا مگ

به "نظریه نسبیت عام اینشتین این بار در هسته ستارگان مرده تأیید شد" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "نظریه نسبیت عام اینشتین این بار در هسته ستارگان مرده تأیید شد"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید