Holt csillagok társasága

Egy különös, mindeddig egyedi csillag-trió teheti próbára Einstein egyik sok vihart kiállt elméletét.

A három csillagból álló rendszerek gyakorinak mondhatók a galaxisban, egyikük halála, egész pontosan az azzal járó robbanás azonban általában eltakarítja a társakat a környékről, így a pulzárok vagy fehér törpék jellemzően egyedül maradnak. Csillagászok azonban ráakadtak az első olyan hármas rendszerre, ami kizárólag kiégett csillagok különös maradványaiból áll, melyek kiválóak lehetnek a gravitáció természetének alaposabb megismeréséhez.

Mind a pulzárok, mind a fehér törpék a hagyományos csillagok halálával jönnek létre. A fehér törpék kialakulása egy viszonylag nyugodt folyamat, a kis csillagok magjaiból keletkeznek, melyek már ledobták külső por- és gázrétegeiket, miután belső kazánjuk kimerült. A pulzárok kialakulása ugyanakkor egy rendkívül heves folyamat. Egy nagytömegű csillag szupernóva robbanásával kialakul egy elképesztően sűrű neutron gömb, ami forgása során időről időre rádióhullámokat bocsát ki a sarkainál, mint egy világítótorony. Ez a szabályos "ketyegés" pontos kozmikus óraként szolgál, ha az ütemben váltakozás tapasztalható, az azt jelzi, hogy a pulzár jó eséllyel rendelkezik egy kozmikus társsal, ami gravitációjával hatást gyakorol rá.

Scott Ransom, az Egyesült Államok Nemzeti Rádiócsillagászati Obszervatóriumának (NRAO) csillagásza és munkatársai egy pulzár felmérést végeztek rádiótávcsövekkel, amikor egy viszonylag átlagosnak tűnő pulzárt találtak, ami 2,73 milliszekundumonként villant fel, az érkezési időben 2,5 másodperces váltakozásokkal. Ez arra utalt, hogy a pulzár körül egy fehér törpe kering 1,5 napos körpályán. Az ilyen bináris elrendezések koránt sem gyakoriak, de nem egyedi az eset.

Az időzítési adatok további vizsgálata azonban valami egészen szokatlannal is szolgált. A csapat felfedezte, hogy az érkezési idő hosszú távú váltakozásaiban egy földi év alatt 150 másodperc eltérés figyelhető meg. Ez arra utal, hogy egy második fehér törpe is jelen van, egy távolabb kör alakú pályán keringve a rendszeren belül. "Ennek az esélye sokkal kisebb, körülbelül egy a milliárdhoz" - mondta Ransom.


A rendszer rendkívül ritka lehet, mivel a kialakulásához szükséges eseménysorozat bekövetkezése is rendkívül valószínűtlen. Először szükség van legalább három hagyományos csillagra. A legnagyobb tömegű csillag szupernóvává változik, hatalmas robbanással létrehozva egy neutron csillagot. A robbanást legalább két másik csillagnak túl kell élnie, folytatva keringésüket a neutron csillag körül, leginkább erősen elnyújtott pályán. Egymilliárd év elteltével a kintebb elhelyezkedő csillag fehér törpévé válik, tömeget bocsátva ki a belső bináris rendszer felé. Újabb évmilliárd telik el és végül a belső csillag is fehér törpévé alakul. Anyaguk a neutron csillagot táplálja, felgyorsítva forgását. "Az emberek sok szimulációt elvégeztek, és ezek a rendszerek jellemzően nem élik túl" - tette hozzá Ransom.

Szimuláció ide, szimuláció oda, ha már mégis kialakult egy ilyen rendszer, az ott jelen levő gravitációs erők egy összetett pulzár-táncot eredményeznek, ami lehetővé teszi a csillagászoknak Einstein általános relativitás elmélete egyik aspektusának tesztelését, ami azt határozza meg, hogyan hatnak egymásra a nagy tömegű testek a gravitáción keresztül. Bár Einstein elmélete már számos igazolást nyert, nem egyezik a kvantummechanikával, a modern fizika egyik főpillérével, ami a parányi részecskék viselkedését írja le. Ha a két elméletet nem sikerül összehozni, akkor az az egyik bukásához vezethet, a hármas rendszer pedig akár egy újabb szög lehet a relativitás koporsójában.

A gravitációs elméletek egyik régi elve az ekvivalenciaelv. Elsőként Galilei fejezte ki, hogy a különböző tömegű testekre ugyanaz a gyorsulás hat a gravitáció által, ezt nevezik gyenge ekvivalenciaelvnek. Galilei bizonyításként különböző tömegű golyókat gurított egy sima lejtőn. Einstein relativitása tovább vitte az elvet, azt állítva, hogy egy szabadesésben lévő laborban végzett lokális non-gravitációs kísérlet kimenetele független a labor sebességétől vagy helyzetétől. Az úgynevezett erős ekvivalenciaelv azt tartja, hogy Einstein ekvivalenciaelve igaz bármilyen kísérlet végzése esetén, ezáltal akkor is igaz, ha a testeket saját gravitációjuk tartja össze, mint a csillagokat. Egy sűrű pulzárnak erősebb öngravitációja van, mint a hozzá közelebb eső fehér törpe kísérőjének, az általános relativitás szerint azonban mindkettőnek azonos sebességgel kell "zuhannia" a külső fehér törpe körül.

A hármas rendszer ritka csillagainak sűrűsége és közelsége minden eddiginél jobb laboratóriumot eredményezi az alapelv teszteléséhez, mondta Ransom. Keringési periódusaik és tömegeik mérése segíthet felfedni az eltéréseket Einstein elméletétől, és talán megmutatja az utat egy alapvetőbb gravitációs elmélet felé. "Nagy pontosságú méréssel képesek leszünk tesztelni ezt az erős ekvivalencia alapelvet" - mondta Ransom.