Ученые нашли доказательства общей теории относительности Эйнштейна в ядрах мертвых звезд

Ученые поддержали общую теорию относительности Альберта Эйнштейна, исследуя странные загадки белых карликов.

Астрономы уже давно предполагали о связи между массой и радиусом звезды белого карлика, но до сих пор не могли наблюдать связь массы и радиуса звезды, показывает новое исследование. По мере того как белые карлики набирают массу, они уменьшаются в размерах, в отличие от большинства известных небесных объектов.

В этой новой работе исследователи использовали новый метод, который включал в себя данные от тысяч белых карликов, чтобы наблюдать странное явление и предоставить дополнительные доказательства общей теории относительности.

Когда у таких звезд, как наше Солнце, заканчивается топливо, они сбрасывают свои внешние слои и обнажаются до ядра размером с Землю. Это ядро известно как белый карлик, который, как полагают, является конечным эволюционным состоянием звездного объекта.

Но эти звездные остатки таят в себе тайну, так как когда белые карлики увеличивают массу, они уменьшаются в размерах. Поэтому белые карлики в конечном итоге будут иметь массу, подобную массе Солнца, но упакованную в тело размером с Землю.

Белые карлики становятся настолько маленькими и компактными, что в конечном итоге распадаются на нейтронные звезды, очень плотные звездные тела с радиусом, который обычно не простирается дальше 30 километров.

Странное соотношение массы и радиуса внутри белых карликов было теоретизировано в 1930 годах. Причина, по которой белые карлики увеличивают массу при одновременном сжатии, как полагают, вызвана состоянием их электронов - когда белый карлик сжимается, число его электронов увеличивается.

Этот механизм представляет собой комбинацию квантовой механики - фундаментальной теории в физике о движении и взаимодействии субатомных частиц также общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая занимается гравитационными эффектами.

"Отношение массы к радиусу - это впечатляющая комбинация квантовой механики и гравитации, но для нас это противоречит здравому смыслу", - сказала Надя Закамская, адъюнкт-профессор кафедры физики и астрономии Университета Джона Хопкинса, которая руководила новым исследованием. "Мы думаем, что по мере того, как объект набирает массу, он должен становиться больше".

В этом новом исследовании команда из Университета Джона Хопкинса разработала метод наблюдения соотношения массы и радиуса у белых карликов. Используя данные, собранные Sloan Digital Sky Survey и космической обсерваторией Gaia, исследователи изучили 3000 белых карликов.

Команда исследователей измерила гравитационный эффект красного смещения, который представляет собой влияние гравитации на свет, на звезды. Когда свет удаляется от объекта, длина волны света, исходящего от объекта, удлиняется, заставляя его казаться более красным. Изучив гравитационный эффект красного смещения, они смогли определить радиальную скорость белых карликов, имеющих одинаковый радиус.

Радиальная скорость - это расстояние от Солнца до данной звезды, которое определяет, движется ли звезда к Солнцу или от него. Определяя радиальную скорость звезд, они также могли определить изменение массы звезд.

"Теория существует уже давно, но примечательно то, что набор данных, который мы использовали, имеет беспрецедентный размер и беспрецедентную точность", - добавила Закамска. "Эти методы измерения, которые в некоторых случаях были разработаны много лет назад, внезапно работают намного лучше, и эти старые теории, наконец, могут быть исследованы".

Метод, используемый в исследовании, по существу превратил теорию в наблюдательный феномен. Кроме того, он может быть использован для изучения большего числа звезд в будущем и может помочь астрономам проанализировать химический состав белых карликов.

"Поскольку звезда становится меньше по мере того, как она становится более массивной, гравитационный эффект красного смещения также растет с массой", - сказала Закамска.