Artistieke illustratie van Lense-Thirring-frame-dragging als gevolg van een roterende witte dwerg in het PSR J1141-6545 dubbelster-systeem.
(Afbeelding: © Mark Myers, ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav))
De manier waarop het weefsel van ruimte en tijd in een kosmische draaikolk rond een dode ster wervelt, heeft nog een andere voorspelling bevestigd van Einsteins algemene relativiteitstheorie, vindt een nieuwe studie.
Die voorspelling is een fenomeen dat bekend staat als frame dragging of het Lense-Thirring-effect. Er staat dat de ruimtetijd rond een massief, roterend lichaam zal draaien. Stel je bijvoorbeeld voor dat de aarde ondergedompeld was in honing. Terwijl de planeet draaide, zou de honing eromheen wervelen - en hetzelfde geldt voor de ruimtetijd.
Satellietexperimenten hebben ontdekt frame slepen in het zwaartekrachtveld van roterende aarde, maar het effect is buitengewoon klein en daarom moeilijk te meten. Objecten met een grotere massa en krachtigere zwaartekrachtvelden, zoals witte dwergen en neutronensterren, bieden een betere kans om dit fenomeen te zien.
Wetenschappers concentreerden zich op PSR J1141-6545, een jonge pulsar van ongeveer 1,27 keer de massa van de zon. De pulsar bevindt zich op 10.000 tot 25.000 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Musca (de vlieg), vlakbij het beroemde sterrenbeeld Southern Cross.
Een pulsar is een snel ronddraaiende neutronenster die radiogolven uitzendt langs de magnetische polen. (Neutronensterren zijn lijken van sterren die stierven bij catastrofale explosies die bekend staan als supernova's; de zwaartekracht van deze restanten is krachtig genoeg om protonen samen met elektronen te verpletteren om neutronen te vormen.)
PSR J1141-6545 omcirkelt een witte dwerg met een massa die ongeveer hetzelfde is als die van de zon. Witte dwergen zijn de supergrote kernen van dode sterren op aarde die achterblijven nadat sterren van gemiddelde grootte hun brandstof hebben uitgeput en hun buitenste lagen hebben afgeworpen. Onze zon zal op een dag eindigen als een witte dwerg, net als meer dan 90% van alle sterren in ons sterrenstelsel.
De pulsar draait om de witte dwerg in een strakke, snelle baan van minder dan 5 uur lang en raast door de ruimte met ongeveer 620.000 mph (1 miljoen km / h), met een maximale scheiding tussen de sterren die nauwelijks groter is dan de grootte van onze zon, bestudeer Hoofdauteur Vivek Venkatraman Krishnan, astrofysicus bij het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn, Duitsland, vertelde Space.com.
De onderzoekers maten met behulp van de Parkes en UTMOST radiotelescopen in Australië wanneer pulsen van de pulsar over een periode van bijna 20 jaar met een nauwkeurigheid binnen 100 microseconden op de aarde aankwamen. Hierdoor konden ze een langdurige drift detecteren in de manier waarop de pulsar en de witte dwerg om elkaar heen draaien.
Na het elimineren van andere mogelijke oorzaken van deze afwijking, concludeerden de wetenschappers dat dit het gevolg was van slepen van het frame: de manier waarop de snel ronddraaiende witte dwerg de ruimtetijd aantrekt, heeft ertoe geleid dat de baan van de pulsar in de loop van de tijd langzaam van richting veranderde. Op basis van het niveau van slepen van het frame, berekenden de onderzoekers dat de witte dwerg ongeveer 30 keer per uur rond zijn as draait.
Eerder onderzoek suggereerde dat de witte dwerg zich in dit binaire systeem voor de pulsar vormde. Een voorspelling van dergelijke theoretische modellen is dat, voordat de pulsar-vormende supernova plaatsvond, de voorloper van de pulsar in een tijdsbestek van ongeveer 16.000 jaar bijna 20.000 aardmassa materie op de witte dwerg wierp, waardoor de rotatiesnelheid werd verhoogd.
"Systemen zoals PSR J1141-6545, waar de pulsar jonger is dan de witte dwerg, zijn vrij zeldzaam", zei Venkatraman Krishnan. De nieuwe studie "bevestigt een lang bestaande hypothese over hoe dit binaire systeem tot stand is gekomen, iets dat meer dan twee decennia geleden werd voorgesteld."
De onderzoekers merkten op dat ze frame dragging gebruikten om inzicht te geven in de roterende ster die deze veroorzaakte. In de toekomst, zeiden ze, kunnen ze een vergelijkbare methode gebruiken om binaire neutronensterren te analyseren om meer te weten te komen over hun interne samenstelling, "waar we, zelfs na meer dan 50 jaar observatie, nog geen grip op hebben", Venkatraman Zei Krishnan. "De dichtheid van materie in een neutronenster is veel groter dan wat in een laboratorium kan worden bereikt, dus er is een schat aan nieuwe fysica te leren door deze techniek te gebruiken om neutronensterrensystemen te verdubbelen."
De wetenschappers hebben gedetailleerd hun bevindingen vandaag online (30 januari) in het tijdschrift Science.
- In een neutronenster (infographic)
- Wat zijn pulsars?
- In foto's: Einstein's 1919 zonsverduisteringsexperiment test algemene relativiteit
