Künstlerische Darstellung des Lense-Thirring-Frame-Ziehens infolge eines rotierenden weißen Zwergs im binären Sternensystem PSR J1141-6545.
(Bild: © Mark Myers, ARC-Kompetenzzentrum für die Entdeckung von Gravitationswellen (OzGrav))
Die Art und Weise, wie das Gewebe aus Raum und Zeit in einem kosmischen Strudel um einen toten Stern herumwirbelt, hat eine weitere Vorhersage bestätigt Einsteins allgemeine Relativitätstheoriefindet eine neue Studie.
Diese Vorhersage ist ein Phänomen, das als Frame-Dragging oder Lense-Thirring-Effekt bekannt ist. Es besagt, dass sich die Raumzeit um einen massiven, rotierenden Körper dreht. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, die Erde wäre in Honig getaucht. Wenn sich der Planet drehte, würde der Honig um ihn herum wirbeln - und das gilt auch für die Raumzeit.
Satellitenexperimente haben erkannt Rahmen ziehen im Gravitationsfeld der rotierenden ErdeDer Effekt ist jedoch außerordentlich gering und daher schwierig zu messen. Objekte mit größeren Massen und stärkeren Gravitationsfeldern wie weiße Zwerge und Neutronensterne bieten bessere Chancen, dieses Phänomen zu beobachten.
Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf PSR J1141-6545, einen jungen Pulsar, der etwa das 1,27-fache der Sonnenmasse beträgt. Der Pulsar befindet sich 10.000 bis 25.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Musca (die Fliege), das sich in der Nähe des berühmten Sternbilds Southern Cross befindet.
Ein Pulsar ist ein sich schnell drehender Neutronenstern, der entlang seiner Magnetpole Radiowellen aussendet. (Neutronensterne sind Leichen von Sternen, die bei katastrophalen Explosionen starben, die als Supernovas bekannt sind; Die Schwerkraft dieser Überreste ist stark genug, um Protonen zusammen mit Elektronen zu Neutronen zu zerkleinern.)
PSR J1141-6545 umkreist einen weißen Zwerg mit einer Masse, die ungefähr der der Sonne entspricht. Weiße Zwerge sind die überdichten erdgroßen Kerne toter Sterne, die zurückbleiben, nachdem Sterne mittlerer Größe ihren Treibstoff erschöpft und ihre äußeren Schichten abgeworfen haben. Unsere Sonne wird eines Tages wie ein weißer Zwerg enden, ebenso wie mehr als 90% aller Sterne in unserer Galaxie.
Der Pulsar umkreist den Weißen Zwerg in einer engen, schnellen Umlaufbahn von weniger als 5 Stunden Länge und rast mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Million km / h durch den Weltraum, wobei ein maximaler Abstand zwischen den Sternen kaum größer als die Größe unserer Sonne ist Der Hauptautor Vivek Venkatraman Krishnan, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, sagte gegenüber Space.com.
Mit den Radioteleskopen Parkes und UTMOST in Australien haben die Forscher gemessen, wann Impulse vom Pulsar innerhalb von 100 Mikrosekunden über einen Zeitraum von fast 20 Jahren mit einer Genauigkeit auf der Erde ankamen. Dies ermöglichte es ihnen, eine langfristige Drift in der Art und Weise zu erkennen, wie sich Pulsar und Weißer Zwerg gegenseitig umkreisen.
Nachdem andere mögliche Ursachen für diese Drift beseitigt worden waren, kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass dies auf das Ziehen von Bildern zurückzuführen ist: Die Art und Weise, wie der sich schnell drehende weiße Zwerg Raum-Zeit zieht, hat dazu geführt, dass die Umlaufbahn des Pulsars im Laufe der Zeit langsam seine Ausrichtung ändert. Basierend auf dem Grad des Frame-Ziehens berechneten die Forscher, dass der Weiße Zwerg etwa 30 Mal pro Stunde um seine Achse wirbelt.
Frühere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass sich der Weiße Zwerg in diesem binären System vor dem Pulsar gebildet hat. Eine Vorhersage solcher theoretischer Modelle ist, dass der Vorläufer des Pulsars vor dem Auftreten der pulsarbildenden Supernova im Laufe von etwa 16.000 Jahren Materie im Wert von fast 20.000 Erdmassen auf den Weißen Zwerg abgeworfen hat, wodurch seine Spinrate erhöht wurde.
"Systeme wie PSR J1141-6545, bei denen der Pulsar jünger als der Weiße Zwerg ist, sind ziemlich selten", sagte Venkatraman Krishnan. Die neue Studie "bestätigt eine langjährige Hypothese, wie dieses binäre System entstanden ist, was vor über zwei Jahrzehnten vorgeschlagen wurde."
Die Forscher stellten fest, dass sie das Ziehen von Rahmen verwendeten, um Einblicke in den rotierenden Stern zu erhalten, der ihn verursacht hatte. In Zukunft könnten sie mit einer ähnlichen Methode binäre Neutronensterne analysieren, um mehr über ihre innere Zusammensetzung zu erfahren, "die wir selbst nach mehr als 50 Jahren Beobachtung noch nicht im Griff haben", sagte Venkatraman Sagte Krishnan. "Die Dichte der Materie in einem Neutronenstern übersteigt bei weitem das, was in einem Labor erreicht werden kann. Daher kann mit dieser Technik eine Fülle neuer Physik gelernt werden, um Neutronensternsysteme zu verdoppeln."
Die Wissenschaftler detailliert ihre Ergebnisse heute online (30. Januar) in der Zeitschrift Science.
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