Einstein általános relativitáselméletének egyik jóslata, hogy minden forgó test magával rántja a környezetében lévő téridő szövetét. Ezt nevezzük “keretvonzásnak”.

A mindennapi életben a keretvonzás észrevehetetlen és jelentéktelen, mivel a hatás olyan nevetségesen kicsi. A Föld teljes forgása által okozott frame-dragging észleléséhez olyan műholdakra van szükség, mint a 750 millió dolláros Gravity Probe B, és a giroszkópok szögváltozásainak észlelésére, amelyek mindössze egy foknak felelnek meg 100 000 évenként.

Szerencsénkre az Univerzumban számos természetes gravitációs laboratórium található, ahol a fizikusok kiváló részletességgel megfigyelhetik Einstein jóslatainak működését.

A kutatócsoportunk ma a Science-ben publikált kutatása sokkal feltűnőbb léptékű bizonyítékot mutat a keringési vontatottságra egy rádióteleszkóp és egy egyedülálló kompakt csillagpár segítségével, amelyek szédítő sebességgel száguldanak egymás körül.

Ezeknek a csillagoknak a mozgása Newton idejében zavarba hozta volna a csillagászokat, mivel egyértelműen egy eltorzult téridőben mozognak, és pályájuk magyarázatához Einstein általános relativitáselméletére van szükség.

Az általános relativitáselmélet a modern gravitációelmélet alapja. Megmagyarázza a csillagok, bolygók és műholdak pontos mozgását, sőt még az idő folyását is. Egyik kevésbé ismert jóslata, hogy a forgó testek magukkal rántják a téridőt. Minél gyorsabban forog egy objektum, és minél nagyobb a tömege, annál erősebb a vonzás.

Az egyik olyan objektumtípus, amelyre ez nagyon fontos, az úgynevezett fehér törpe. Ezek olyan halott csillagok megmaradt magjai, amelyek egykor a mi Napunk tömegének többszörösei voltak, de azóta kimerítették hidrogén üzemanyagukat.

Ami megmaradt, az a Földhöz hasonló méretű, de több százezerszer nagyobb tömegű. A fehér törpék nagyon gyorsan is képesek forogni, egy-két percenként forognak, nem pedig 24 óránként, mint a Föld.

Az ilyen fehér törpék által okozott keringés nagyjából 100 milliószor erősebb lenne, mint a Földé.

Ez mind szép és jó, de nem tudunk egy fehér törpéhez repülni és műholdakat indítani körülötte. Szerencsére azonban a természet kegyes a csillagászokhoz, és megvan a maga módja, hogy megfigyelhessük őket, a pulzároknak nevezett keringő csillagokon keresztül.

Húsz évvel ezelőtt a CSIRO Parkes rádióteleszkópja felfedezett egy egyedülálló csillagpárt, amely egy fehér törpéből (körülbelül akkora, mint a Föld, de 300 000-szer nehezebb) és egy rádiópulzarból (éppen akkora, mint egy város, de 400 000-szer nehezebb) áll.

A fehér törpékhez képest a pulzárok teljesen más ligában játszanak. Nem hagyományos atomokból, hanem szorosan egymás mellé pakolt neutronokból állnak, ami hihetetlenül sűrűvé teszi őket. Ráadásul a tanulmányunkban szereplő pulzár percenként 150-szer forog.

Ez azt jelenti, hogy percenként 150-szer a pulzár által kibocsátott rádióhullámok “világítótorony-sugara” elhalad a mi nézőpontunk mellett itt a Földön. Ezt felhasználhatjuk arra, hogy feltérképezzük a pulzár útját a fehér törpe körüli pályáján, ha időzítjük, mikor érkezik az impulzusa a távcsövünkhöz, és ismerjük a fénysebességet. Ez a módszer kimutatta, hogy a két csillag kevesebb mint 5 óra alatt kering egymás körül.

Ez a hivatalosan PSR J1141-6545-nek nevezett pár ideális gravitációs laboratórium. 2001 óta évente többször kirándulunk Parkesbe, hogy feltérképezzük ennek a rendszernek a pályáját, amely az Einstein-féle gravitációs hatások sokaságát mutatja.

A pályák fejlődésének feltérképezése nem a türelmetleneknek való, de a méréseink nevetségesen pontosak. Bár a PSR J1141-6545 több száz kvadrillió kilométerre van (egy kvadrillió az egymillió milliárd), tudjuk, hogy a pulzár másodpercenként 2,5387230404-szer forog, és hogy pályája bukdácsol a térben.

Ez azt jelenti, hogy pályájának síkja nem rögzített, hanem lassan forog.

Hogyan alakult ki ez a rendszer?

Amikor csillagpárok születnek, a legnagyobb tömegű csillag hal meg először, gyakran fehér törpét hozva létre. Mielőtt a második csillag meghalna, anyagot ad át fehér törpe kísérőjének.

Egy korong alakul ki, ahogy ez az anyag a fehér törpe felé esik, és több tízezer év alatt felpörgeti a fehér törpét, amíg az néhány percenként forog.

Az ehhez hasonló ritka esetekben a második csillag ezután szupernóva formájában felrobbanhat, hátrahagyva egy pulzárt. A gyorsan forgó fehér törpe magával rántja a téridőt, így a pulzár keringési síkja megdől, miközben magával rántja. Ezt a billenést figyeltük meg a pulzár pályájának türelmes feltérképezésével.

Einstein maga is úgy gondolta, hogy számos, a térrel és az idővel kapcsolatos jóslata soha nem lesz megfigyelhető. Az elmúlt néhány év azonban forradalmat hozott az extrém asztrofizikában, beleértve a gravitációs hullámok felfedezését és egy fekete lyuk árnyékának leképezését egy világméretű távcsőhálózattal. Ezeket a felfedezéseket milliárd dolláros létesítményekkel tették.

Szerencsére az általános relativitáselmélet kutatásában még mindig van szerepe az olyan 50 éves rádióteleszkópoknak, mint a parkesi, és a végzős diákok generációinak türelmes kampányainak.

Matthew Bailes, ARC Laureate Fellow, Swinburne University of Technology, Swinburne University of Technology és Vivek Venkatraman Krishnan, tudományos munkatárs, Max Planck Intézet.

Ez a cikk a The Conversation című folyóiratban jelent meg a Creative Commons licenc alapján. Olvassa el az eredeti cikket.