Главное, что для этого нужно, - небольшая звезда и большой радиотелескоп.

В самом точном на сегодняшний день астрофизическом эксперименте австралийские и американские ученые использовали радиотелескоп Обсерватории Паркса (The Parkes Observatory, Australia Telescope National Facility of the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) для того, чтобы измерить искажения пространства-времени около звезды, находящейся на расстоянии 450 световых лет от Земли.

Результаты этих исследований, подтверждающие общую теорию относительности Эйнштейна (теорию гравитации), опубликованы в научно-популярном журнале Nature (выпуск от 12 июля 2001).

Состав исследовательской группы: Виллем ван Стратен (Willem van Straten), Мэтью Бейлес (Prof Matthew Bailes) из Суинбурнского технологического университета (Swinburne University of Technology, Melbourne); Шринивас Кулкарни (Prof Shrinivas R. Kulkarni), Стюарт Андерсон (Dr Stuart Anderson), Мэтью Бриттон (Dr Matthew Britton) из Калтеха (California Institute of Technology); Ричард Манчестер (Dr Richard N. Manchester) и Джон Саркисян (John Sarkissian) из CSIRO Australia Telescope National Facility.

Исследование было основано на свойствах одного из самых причудливых объектов в природе - пульсара PSR J0437-4715. Пульсар - это звезда, состоящая из очень плотного вещества; она быстро вращается и излучает поток радиоимпульсов. J0437-4715 является одним из самых ярких и близких к нам пульсаров, излучающим 170 импульсов в секунду. Его сопровождает белый карлик (старая слабосветящаяся звезда), образуя вальсирующую в космосе пару.

Сейчас астрономы способны измерить время прихода на Землю радиоимпульса от J0437-4715 с точностью не хуже 100 наносекунд (одна стомиллионная часть секунды) - благодаря оборудованию, разработанному в Калтехе, написанным в Суинбурне программам и большой собирающей площади телескопа обсерватории Паркса.

Столь точный хронометраж, а также близость пульсара к Земле позволили впервые в истории астрономии точно определить, как расположена орбита пульсара в пространстве.

Наши левый и правый глаза видят слегка различающиеся картины мира, поскольку расположены на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Точно так же будут отличаться два взгляда на систему пульсара, сделанные с интервалом в полгода, когда Земля проходит половину своего пути по орбите вокруг Солнца. Это явление называется параллаксом.

В случае пульсара J0437-4715 разница в направлении взглядов ничтожна - порядка четырех миллионных градуса. Но для астрономов этого достаточно, чтобы сконструировать трехмерную модель движения пульсара по орбите.

Однако, чтобы проделать это, ван Стратену, аспиранту Суинбурнского технологического университета, потребовалось обработать более 50 000 гигабайт данных. Для записи такого количества информации необходимо 77000 CD-ROM, из которых можно сложить башню высотой 119 метров.

В процессе построения орбиты ученые смогли проверить очень тонкий эффект, предсказываемый общей теорией относительности Эйнштейна (ОТО). Поскольку массивный объект искривляет пространство-время вокруг себя, то радиоволны от пульсара распространяются в искривленном белым карликом континууме и должны приходить к Земле с небольшой задержкой (по отношению ко времени путешествия в обычном, неискривленном пространстве). Это явление, называемое задержкой Шапиро (Shapiro delay), было предсказано впервые в 1964 г Ирвином Шапиро (Irwin I. Shapiro), ныне директором Смитсоновской астрофизической обсерватории (Smithsonian Astrophysical Observatory).

Полученные данные отчетливо показали, что предсказанная задержка действительно наблюдается. Таким образом, проведенный эксперимент можно считать первой проверкой ОТО, в которой геометрия системы использовалась для предсказания релятивистского эффекта. Более ранняя проверка ОТО на системе двойного пульсара, проведенная профессорами Джозефом Тейлором (Joseph H. Taylor) из Принстона (Princeton University) и Джоэлом Вайсбергом (Joel M. Weisberg) из Карлтона (Carleton College), использовала два эффекта ОТО для предсказания значения третьего, то есть представляла собой проверку внутренней непротиворечивости теории. Однако наблюдения не обладали достаточной точностью для построения орбиты пульсара в пространстве.

"Точность имеющихся данных столь высока, что мы планируем использовать пульсар для обнаружения малых пульсаций пространственно-временного континуума", заявил проф. Бейлес. Астрономы полагают, что такие пульсации могли возникнуть при рождении Вселенной или слиянии сверхмассивных черных дыр. Для этих экспериментов исследователи разрабатывают новое, еще более точное поколение измерительных инструментов.

Команда исследователей уже давно исследует радиопульсары. В 1982 г. Кулкарни совместно с проф. Бекером (D. C. Backer) из Калифорнийского университета (University of California, Berkeley) открыл первый сверхбыстрый ("миллисекундный") пульсар и положил начало поискам пульсаров такого типа. В частности, так был открыт и PSR J0437-4715 (радиотелескоп обсерватории Паркс, 1992; в группу исследователей входили Манчестер и Бейлес).

Этот пульсар, имеющий период 5.757451831072007 мс, не изменил период более чем на одну миллисекунду за сотню тысяч лет. "Точность миллисекундных пульсаров сравнима с точностью атомных часов. Потребовалось много времени, чтобы понять: эти природные часы можно использовать для проверки фундаментальных основ физики," говорит проф. Кулкарни.

Группе из Суинбурнского университета уже выделили суперкомпьютер целиком, чтобы ученые "шли в ногу" с терабайтами информации, приходящими с радиотелескопа.

Источник: медиа-релиз CSIRO