Nghệ sĩ minh họa của Lense-Thirring kéo khung hình do một sao lùn trắng quay trong hệ thống sao nhị phân PSR J1141-6545.
(Ảnh: © Mark Myers, Trung tâm xuất sắc ARC cho khám phá sóng hấp dẫn (OzGrav))
Cách kết cấu của không gian và thời gian xoáy trong một vòng xoáy vũ trụ xung quanh một ngôi sao đã chết đã xác nhận một dự đoán khác từ Thuyết tương đối rộng của Einstein, một nghiên cứu mới tìm thấy.
Dự đoán đó là một hiện tượng được gọi là kéo khung, hoặc hiệu ứng Lense-Thirring. Nó nói rằng không-thời gian sẽ xoay quanh một cơ thể to lớn, xoay tròn. Ví dụ, hãy tưởng tượng Trái đất chìm trong mật ong. Khi hành tinh quay, mật ong xung quanh nó sẽ xoáy - và điều tương tự cũng đúng với không-thời gian.
Thí nghiệm vệ tinh đã phát hiện kéo khung trong trường hấp dẫn của Trái đất quay, nhưng hiệu quả là cực kỳ nhỏ và do đó, đã được thử thách để đo lường. Các vật thể có khối lượng lớn hơn và các trường hấp dẫn mạnh hơn, như sao lùn trắng và sao neutron, mang lại cơ hội tốt hơn để thấy hiện tượng này.
Các nhà khoa học tập trung vào PSR J1141-6545, một pulsar trẻ gấp khoảng 1,27 lần khối lượng mặt trời. Pulsar nằm cách Trái đất 10.000 đến 25.000 năm ánh sáng trong chòm sao Musca (con ruồi), gần chòm sao Nam Cross nổi tiếng.
Một pulsar là một ngôi sao neutron quay nhanh, phát ra sóng vô tuyến dọc theo các cực từ của nó. (Sao neutron là những xác chết của những ngôi sao đã chết trong vụ nổ thảm khốc được gọi là siêu tân tinh; trọng lực của những tàn dư này đủ mạnh để nghiền nát các proton cùng với các electron để tạo thành neutron.)
PSR J1141-6545 khoanh tròn một sao lùn trắng có khối lượng gần bằng mặt trời. Sao lùn trắng là những lõi sao siêu lớn có kích thước Trái đất bị bỏ lại sau khi những ngôi sao có kích thước trung bình đã cạn kiệt nhiên liệu và trút bỏ lớp ngoài của chúng. Một ngày nào đó, mặt trời của chúng ta sẽ trở thành một sao lùn trắng, cũng như hơn 90% tất cả các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta.
Nghiên cứu xung quanh quỹ đạo sao lùn trắng trong quỹ đạo kín, nhanh dài chưa đầy 5 giờ, bay trong không gian với tốc độ khoảng 620.000 dặm / giờ (1 triệu km / giờ), với sự phân tách tối đa giữa các ngôi sao lớn hơn kích thước mặt trời của chúng ta, nghiên cứu tác giả chính Vivek Venkatraman Krishnan, nhà vật lý thiên văn tại Viện thiên văn vô tuyến Max Planck ở Bon, Đức, nói với Space.com.
Các nhà nghiên cứu đã đo khi các xung từ pulsar đến Trái đất có độ chính xác trong vòng 100 micro giây trong khoảng thời gian gần 20 năm, sử dụng kính viễn vọng vô tuyến Parkes và UTMOST ở Úc. Điều này cho phép họ phát hiện sự trôi dạt dài hạn theo cách các sao xung và sao lùn trắng quay quanh nhau.
Sau khi loại bỏ các nguyên nhân có thể khác của sự trôi dạt này, các nhà khoa học kết luận rằng đó là kết quả của việc kéo khung: Cách mà sao lùn trắng quay nhanh kéo theo không gian đã khiến quỹ đạo của pulsar thay đổi hướng chậm dần theo thời gian. Dựa trên mức độ kéo khung, các nhà nghiên cứu tính toán rằng sao lùn trắng xoáy trên trục của nó khoảng 30 lần một giờ.
Nghiên cứu trước đây cho rằng sao lùn trắng hình thành trước pulsar trong hệ thống nhị phân này. Một dự đoán của các mô hình lý thuyết như vậy là, trước khi siêu tân tinh hình thành xung động xảy ra, tổ tiên của pulsar đã làm rơi vật chất trị giá gần 20.000 khối lượng Trái đất lên sao lùn trắng trong khoảng 16.000 năm, tăng tốc độ quay của nó.
"Các hệ thống như PSR J1141-6545, trong đó pulsar trẻ hơn sao lùn trắng, khá hiếm," Venkatraman Krishnan nói. Nghiên cứu mới "xác nhận một giả thuyết lâu đời về cách hệ thống nhị phân này xuất hiện, một cái gì đó đã được đề xuất hơn hai thập kỷ trước."
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng họ đã sử dụng kéo khung để mang lại cái nhìn sâu sắc về ngôi sao quay gây ra nó. Trong tương lai, họ cho biết, họ có thể sử dụng một phương pháp tương tự để phân tích các sao neutron nhị phân để tìm hiểu thêm về thành phần bên trong của chúng, "mà thậm chí sau hơn 50 năm quan sát chúng, chúng ta vẫn chưa xử lý được", Venkatraman KRGAN nói. "Mật độ vật chất bên trong một ngôi sao neutron vượt xa những gì có thể đạt được trong phòng thí nghiệm, do đó, có rất nhiều vật lý mới được học bằng cách sử dụng kỹ thuật này để nhân đôi hệ sao neutron."
Các nhà khoa học chi tiết phát hiện của họ trực tuyến hôm nay (30 tháng 1) trên tạp chí Khoa học.
- Bên trong một ngôi sao neutron (họa thông tin)
- Pulsar là gì?
- Trong ảnh: Thí nghiệm nhật thực năm 1919 của Einstein kiểm tra tính tương đối tổng quát
