Una dintre predicțiile teoriei generale a relativității a lui Einstein este că orice corp care se rotește trage cu el însăși structura spațiu-timpului din vecinătatea sa. Acest lucru este cunoscut sub numele de „târârea cadrului”.

În viața de zi cu zi, târârea cadrului este atât nedetectabilă, cât și inconsecventă, deoarece efectul este atât de ridicol de mic. Pentru a detecta „frame-dragging-ul” cauzat de întreaga rotație a Pământului este nevoie de sateliți precum Gravity Probe B, în valoare de 750 de milioane de dolari, și de detectarea unor modificări unghiulare în giroscoape echivalente cu doar un grad la fiecare 100.000 de ani sau cam așa ceva.

Din fericire pentru noi, Universul conține multe laboratoare gravitaționale naturale în care fizicienii pot observa predicțiile lui Einstein la lucru în detalii rafinate.

Cercetarea echipei noastre, publicată astăzi în Science, dezvăluie dovezi ale tragerii cadrului la o scară mult mai vizibilă, folosind un radiotelescop și o pereche unică de stele compacte care se învârt una în jurul celeilalte la viteze amețitoare.

Mișcarea acestor stele i-ar fi lăsat perplecși pe astronomii de pe vremea lui Newton, deoarece ele se mișcă în mod clar într-un spațiu-timp deformat și necesită teoria generală a relativității a lui Einstein pentru a explica traiectoriile lor.

Relativitatea generală este fundamentul teoriei gravitaționale moderne. Ea explică mișcarea precisă a stelelor, a planetelor și a sateliților, și chiar curgerea timpului. Una dintre predicțiile sale mai puțin cunoscute este aceea că corpurile care se învârt târăsc spațiul-timp cu ele. Cu cât un obiect se rotește mai repede și cu cât este mai masiv, cu atât tragerea este mai puternică.

Un tip de obiect pentru care acest lucru este foarte relevant se numește pitică albă. Acestea sunt nucleele rămase de la stelele moarte care au avut cândva o masă de câteva ori mai mare decât cea a Soarelui nostru, dar care între timp și-au epuizat combustibilul de hidrogen.

Ceea ce rămâne este similar ca mărime cu Pământul, dar de sute de mii de ori mai masiv. De asemenea, piticele albe se pot roti foarte repede, rotindu-se la fiecare minut sau două, în loc să se rotească la fiecare 24 de ore, așa cum face Pământul.

Tragerea cadrelor cauzată de o astfel de pitică albă ar fi de aproximativ 100 de milioane de ori mai puternică decât cea a Pământului.

Toate acestea sunt bune și frumoase, dar nu putem zbura spre o pitică albă și lansa sateliți în jurul ei. Din fericire, însă, natura este blândă cu astronomii și are propriul său mod de a ne permite să le observăm, prin intermediul unor stele care orbitează în jurul lor, numite pulsari.

Cu douăzeci de ani în urmă, radiotelescopul Parkes al CSIRO a descoperit o pereche stelară unică formată dintr-o pitică albă (de mărimea Pământului, dar de aproximativ 300.000 de ori mai grea) și un pulsar radio (doar de mărimea unui oraș, dar de 400.000 de ori mai greu).

În comparație cu piticele albe, pulsarii sunt într-o cu totul altă ligă. Ele nu sunt alcătuite din atomi convenționali, ci din neutroni strânși laolaltă, ceea ce le face incredibil de dense. Mai mult, pulsarul din studiul nostru se rotește de 150 de ori în fiecare minut.

Aceasta înseamnă că, de 150 de ori în fiecare minut, o „rază de far” de unde radio emise de acest pulsar trece pe lângă punctul nostru de observație de aici de pe Pământ. Putem folosi acest lucru pentru a cartografia traiectoria pulsarului în timp ce orbitează în jurul piticei albe, cronometrând momentul în care pulsul său ajunge la telescopul nostru și cunoscând viteza luminii. Această metodă a dezvăluit că cele două stele orbitează una în jurul celeilalte în mai puțin de 5 ore.

Această pereche, numită oficial PSR J1141-6545, este un laborator gravitațional ideal. Din 2001 am mers la Parkes de mai multe ori pe an pentru a cartografia orbita acestui sistem, care prezintă o multitudine de efecte gravitaționale einsteiniene.

Cartografierea evoluției orbitelor nu este pentru cei nerăbdători, dar măsurătorile noastre sunt ridicol de precise. Deși PSR J1141-6545 se află la câteva sute de cvadrilioane de kilometri distanță (un cvadrilion este un milion de miliarde), știm că pulsarul se rotește de 2,5387230404 ori pe secundă și că orbita sa se rostogolește în spațiu.

Aceasta înseamnă că planul orbitei sale nu este fix, ci se rotește încet.

Cum s-a format acest sistem?

Când se nasc perechi de stele, cea mai masivă moare prima, creând adesea o pitică albă. Înainte ca cea de-a doua stea să moară, aceasta transferă materie către pitica albă care o însoțește.

Se formează un disc pe măsură ce acest material cade spre pitica albă și, în decursul a zeci de mii de ani, acesta o învârte pe pitica albă, până când aceasta se rotește la fiecare câteva minute.

În cazuri rare, cum ar fi acesta, cea de-a doua stea poate exploda apoi într-o supernovă, lăsând în urmă un pulsar. Pitica albă care se rotește rapid trage spațiul-timp cu ea, făcând ca planul orbital al pulsarului să se încline pe măsură ce este târât. Această înclinare este ceea ce am observat prin cartografierea pacientă a orbitei pulsarului.

Einstein însuși a crezut că multe dintre predicțiile sale despre spațiu și timp nu vor putea fi observate niciodată. Dar în ultimii ani a avut loc o revoluție în astrofizica extremă, inclusiv descoperirea undelor gravitaționale și imaginarea umbrei unei găuri negre cu ajutorul unei rețele mondiale de telescoape. Aceste descoperiri au fost făcute de instalații de miliarde de dolari.

Din fericire, există încă un rol în explorarea relativității generale pentru radiotelescoapele vechi de 50 de ani, precum cel de la Parkes, și pentru campaniile răbdătoare ale generațiilor de studenți absolvenți.

Matthew Bailes, ARC Laureate Fellow, Swinburne University of Technology, Swinburne University of Technology și Vivek Venkatraman Krishnan, personal științific, Institutul Max Planck.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.