Resim kredisi: NRAO
Einstein tarafından neredeyse bir yüzyıl boyunca teorize edilen fizikçiler, yerçekimi kuvvetinin ışık hızında hareket ettiği teorisini destekleyen kanıtlar buldular. Kuasar görüntüsünün nasıl büküldüğündeki varyasyonlar bu yerçekimi hızını açıkladı.
Nadir bir kozmik hizalamadan yararlanan bilim adamları, yerçekimi kuvvetinin yayıldığı hızın ilk ölçümünü yaparak fiziğin son ölçülmemiş temel sabitlerinden birine sayısal bir değer verir.
“Newton yerçekiminin gücünün anlık olduğunu düşünüyordu. Einstein, ışık hızında hareket ettiğini varsaydı, ancak şimdiye kadar hiç kimse ölçmedi ”dedi. Missouri-Columbia Üniversitesi fizikçisi Sergei Kopeikin.
Charlottesville, VA Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi'nde (NRAO) bir gökbilimci olan Ed Fomalont, “Yerçekiminin yayılma hızının yüzde 20'lik bir hassasiyetle ışık hızına eşit olduğunu belirledik” dedi. Bilim adamları bulgularını Amerikan Astronomi Derneği'nin Seattle, WA'daki toplantısına sundular.
Dönüm noktası ölçümü, parçacık fiziğini Einstein'ın genel görelilik teorisi ve elektromanyetik teori ile birleştirmeye çalışan birleşik alan teorileri üzerinde çalışan fizikçiler için önemlidir.
Kopeikin, “Ölçümümüz, süper sicim teorisi ve brane teorileri gibi ekstra boyutlar öneren teorilere bazı güçlü sınırlar getiriyor,” dedi. “Yerçekimi hızını bilmek, bu ekstra boyutların varlığı ve kompaktlığı konusunda önemli bir test sağlayabilir” diye ekledi.
Süper sicim teorisi, doğanın temel parçacıklarının noktasal değil, özellikleri farklı titreşim modları tarafından belirlenen inanılmaz derecede küçük döngüler veya teller olduğunu önerir. Branşlar (zarlardan türetilmiş bir kelime) çok boyutlu yüzeylerdir ve bazı mevcut fiziksel teoriler beş boyuta gömülü uzay-zaman branşları önerir.
Bilim adamları kıta çapında bir radyo-teleskop sistemi olan Ulusal Bilim Vakfı'nın Çok Uzun Temel Dizisi'ni (VLBA) ve Jüpiter gezegeni neredeyse geçtiğinde Almanya'nın Effelsberg'deki 100 metrelik radyo teleskopunu kullandılar. 8 Eylül 2002 parlak bir quasar önü.
Gözlem Jüpiter'in kütleçekimsel etkisiyle arka plan kuasarından gelen radyo dalgalarının çok hafif bir “bükülmesi” kaydedildi. Bükülme, kuasarın gökyüzünde görünen pozisyonunda küçük bir değişikliğe neden oldu.
Kopeikin, “Jüpiter Güneş'in etrafında hareket ettiği için, kesin bükülme miktarı yerçekiminin Jüpiter'den yayılma hızına biraz bağlıdır.” Dedi.
Bilim adamları, Güneş Sistemindeki en büyük gezegen olan Jüpiter'in, böyle bir ölçümün yapılması için yaklaşık on yılda yaklaşık bir kez uygun bir parlak kuasardan radyo dalgalarının yoluna yeterince yakın geçtiğini söyledi.
On yılda bir göksel hizalama, yerçekimi hızını ölçmeyi mümkün kılan bir olaylar zincirindeki sonuncuydu. Diğerleri arasında 1996'da iki bilim insanının bir şans toplantısı, teorik fizikte bir atılım ve son derece hassas ölçümlerin yapılmasını sağlayan özel tekniklerin geliştirilmesi yer aldı.
Kopeikin, “Hiç kimse daha önce yerçekimi hızını ölçmeye çalışmamıştı çünkü çoğu fizikçi bunu yapmanın tek yolunun yerçekimi dalgalarını tespit etmek olduğunu varsaymıştı.” Bununla birlikte, 1999'da Kopeikin, Einstein'ın teorisini, hareketli bir cismin ışık ve radyo dalgaları üzerindeki yerçekimi etkilerini içerecek şekilde genişletti. Etkileri yerçekimi hızına bağlıydı. Jüpiter neredeyse bir yıldızın veya radyo kaynağının önüne hareket ederse, teorisini test edebileceğini fark etti.
Kopeikin, önümüzdeki 30 yıl boyunca Jüpiter'in öngörülen yörüngesini inceledi ve dev gezegenin 2002'deki J0842 + 1835 quasarının önünde yeterince yakın geçeceğini keşfetti. yerçekimi hızı o kadar küçük olurdu ki onu ölçebilen tek gözlemsel teknik, VLBA'da somutlaşan teknik olan Çok Uzun Temel İnterferometri (VLBI) idi. Kopeikin daha sonra VLBI'nin önde gelen uzmanı ve deneyimli bir VLBA gözlemcisi olan Fomalont ile temasa geçti.
“Doğanın temel bir sabitinin ilk ölçümünü yapabilen bir deneyin önemini hemen fark ettim,” dedi Fomalont. “Bunu en iyi atışımızı yapmaya karar verdim” diye ekledi.
Gerekli hassasiyet seviyesini elde etmek için, iki bilim adamı gözlemlerine Effelsberg teleskopunu ekledi. İki radyo-teleskop anteni arasındaki ayrım ne kadar geniş olursa, çözülme gücü veya ince ayrıntıları görme yeteneği o kadar büyük olur. VLBA, Hawaii'deki antenler, Amerika Birleşik Devletleri ve Karayipler'deki St. Croix. Atlantik'in diğer tarafındaki bir anten daha da fazla güç kattı.
Fomalont, “Herkesin yaptığından üç kat daha fazla doğrulukta bir ölçüm yapmak zorunda kaldık, ancak prensipte bunun yapılabileceğini biliyorduk” dedi. Bilim adamları tekniklerini “kuru koşularda” test ettiler ve geliştirdiler, sonra Jüpiter'in kuasarın önünden geçmesini beklediler.
Bekleme önemli miktarda tırnak ısırma dahil. Ekipman arızası, kötü hava veya Jüpiter'in kendisinde bir elektromanyetik fırtına gözlemi sabote etmiş olabilir. Ancak, şans gerçekleşti ve bilim adamlarının 8 GigaHertz radyo frekansındaki gözlemleri, ölçümlerini yapmak için yeterince iyi veri üretti. 250 mil öteden görülen insan saçı genişliğine eşit bir hassasiyet elde ettiler.
“Ana hedefimiz yerçekimi için sonsuz bir hızı göz ardı etmekti ve daha iyisini yaptık. Artık yerçekimi hızının muhtemelen ışık hızına eşit olduğunu biliyoruz ve yerçekimi hızını ışığın iki katından fazla olan herhangi bir hızı güvenle hariç tutabiliyoruz ”dedi.
Kopeikin, çoğu bilim insanının, yerçekimi hızının ışık hızıyla tutarlı olduğu konusunda rahatlayacağını söyledi. “Bu deneyin genel göreliliğin temellerine yeni bir ışık tuttuğuna ve VLBI'nin son derece yüksek hassasiyeti nedeniyle şu anda mümkün olan daha fazla çalışma ve yerçekimi gözleminin ilkini temsil ettiğine inanıyorum. Bu ilginç kozmik güç ve onun doğada diğer güçlerle olan ilişkisi hakkında öğrenecek daha çok şeyimiz var, ”dedi Kopeikin.
Jüpiter'in temel bir fiziksel sabitin ölçülmesinde ilk kez rol oynaması bu değildir. 1675 yılında, Paris Gözlemevinde çalışan Danimarkalı bir gökbilimci olan Olaf Roemer, Jüpiter'in uydularından birinin tutulmalarını gözlemleyerek ışık hızının makul olarak doğru bir şekilde ilk tespitini yaptı.
Orijinal Kaynak: NRAO Haber Bülteni
