تمتلئ نظرية النسبية العامة بتنبؤات غريبة حول كيفية تأثر المكان والزمان بالأجسام الضخمة. كل شيء من موجات الجاذبية إلى انعكاس الضوء بالمادة المظلمة. لكن أحد أكثر التوقعات غرابة هو التأثير المعروف باسم سحب الإطار. التأثير دقيق للغاية لدرجة أنه تم قياسه لأول مرة قبل عقد من الزمان فقط. قام علماء الفلك الآن بقياس التأثير حول قزم أبيض ، ويخبرنا كيف تحدث بعض المستعرات الأعظمية.
في النسبية العامة ، الجاذبية ليست قوة. يؤدي وجود كتلة إلى انحناء الفضاء حولها ، وهذا يعني أن الأجسام التي تتحرك بالقرب من الكتلة تنحرف عن مسار مستقيم. يبدو هذا الانحراف كما لو أن الجسم يُجذب نحو الكتلة كما لو كان بقوة نسميها الجاذبية. عندما تدور كتلة كبيرة ، ينحرف الفضاء أيضًا قليلاً في اتجاه الدوران. هذا هو التأثير الذي يُعرف بسحب الإطار.
رسم توضيحي لسحب الإطار. الائتمان: سيمون تيران ، عبر ويكيبيديا
يمكنك رؤية رسم توضيحي لسحب الإطار في الشكل أعلاه. الجسم المركزي هو جسم دوار ضخم ، مثل الثقب الأسود. تمثل النقاط الحمراء النقاط 'الموجودة في حالة سكون' ، مما يعني أنها لا تتحركعبرفضاء. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يتحركون لأن الفضاء حول الجسم يلتف بسبب الدوران. يُضاف تأثير سحب الإطار هذا إلى أي حركة مدارية قد يمتلكها جسم ما ، وهو جزء من سبب ارتفاع درجة حرارة القرص المتراكم حول الثقب الأسود.
بالقرب من الأرض ، يكون تأثير سحب الإطار صغيرًا جدًا. صغير جدًا لدرجة أن الأمر استغرق قمرًا صناعيًا خاصًا لقياسه. كانت المركبة الفضائية ، المعروفة باسم Gravity Probe B ، تحتوي على واحدة من أكثر الأجسام الكروية التي تم صنعها على الإطلاق. بمجرد وصول الكرة إلى الفضاء ، تم ضبطها على الدوران والمراقبة بمرور الوقت.
تأثير مسبار الجاذبية ب. Credit: Gravity Probe B Team، Stanford، NASA
بدون سحب الإطار ، يجب أن تحافظ الكرة الدوارة التي تدور حول الأرض دائمًا على نفس الاتجاه ، مثل الجيروسكوب. لا يمكن لجاذبية الأرض أن تجعلها تنحرف من تلقاء نفسها. لكن سحب الإطار يمكن. بسبب دوران الأرض ، تلتف منطقة الفضاء الأقرب إلى الأرض بشكل أسرع قليلاً من منطقة الفضاء البعيدة. هذا يعني أن الجزء الأقرب من الكرة الأرضية يحصل على دفعة صغيرة ، ونتيجة لذلك ، يتغير اتجاهه بمرور الوقت. نحن نسمي هذا بادئ العدسة - ثيررينج. في عام 2015 ، قاس الفريق هذه المبادرة واتفق تمامًا مع النسبية العامة.
بينما يكون تأثير سحب الإطار أكبر حول الأجسام الضخمة مثل الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية ، إلا أنه ليس من السهل قياسه. لقياس سحب إطار الجسم ، يجب أن يكون لديك شيء يدور حوله. لحسن الحظ بالنسبة لنا ، فإن العديد من الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية هي جزء من نظام ثنائي. لذلك استخدم فريق مؤخرًا نظامًا ثنائيًا لدراسة سحب الإطارات.
في عام 1999 ، اكتشف تلسكوب باركس الراديوي الأسترالي النجم النابض PSR J1141-6545. إنه نجم نيوتروني موجود في مدار ثنائي مع نجم قزم أبيض. المسافة بين هذين النجمين هي فقط حول عرض الشمس ، ويدور كل منهما حول الآخر كل خمس ساعات.
نظرًا لأن النجوم النابضة تصدر نبضًا راديويًا حادًا على فترات منتظمة ، يمكن لعلماء الفلك استخدامها لإجراء قياسات دقيقة للغاية لحركة النجم النابض ومداره. القياسات دقيقة للغاية بحيث يمكننا استخدامها لقياس تأثيرات النسبية العامة ، بما في ذلك سحب الإطار. نظرًا لأن القزم الأبيض يدور ، فإن مدار النجم النابض يتحرك قليلاً بمرور الوقت. مقدار المقدار يعتمد على كتلة وسرعة دوران القزم الأبيض.
تلسكوب راديو باركس يُشاهد من منطقة الزائر. الائتمان: ستيفن ويست
بعد مراقبة النجم النابض لمدة عشرين عامًا ، لم يلاحظ الفريق سحب الإطار فحسب ، بل استخدمه أيضًا لقياس سرعة دوران القزم الأبيض. ووجدوا أنه يدور مرة واحدة كل 100 ثانية ، وهو سريع جدًا بالنسبة للقزم الأبيض.
تتفق النتائج مع نموذج شائع حول مدى قرب تطور الأنظمة الثنائية. تتكون النجوم النابضة عندما تموت النجوم الكبيرة وتصبح مستعرات أعظمية. هذا يعني أن النظام الثنائي كان في يوم من الأيام نظامًا ثنائيًا حيث يدور نجم كبير حول القزم الأبيض. عندما وصل النجم إلى نهاية حياته ، كان من الممكن أن يلتقط القزم الأبيض المواد من طبقته الخارجية ، مما يجعله يدور بشكل أسرع. تظهر الملاحظات أن القزم الأبيض تشكل قبل النجم النابض.
كل هذا من عمل مذهل في علم الفلك ، يقيس سحب الإطار النسبي في نجم على بعد 12000 سنة ضوئية.
المرجعي:إيفريت ، سي دبليو إف ، وآخرون. ' اختبار مسبار الجاذبية B للنسبية العامة. '
المرجعي:فينكاترامان كريشنان وآخرون. ' العدسة - سحب إطار Thirring الناجم عن قزم أبيض سريع الدوران في نظام نجمي ثنائي '