Stelele pitice albe îi dau dreptate lui Einstein

 

Teoria relativităţii generale a lui Albert Einstein a fost reconfirmată de oamenii de ştiinţă care au explorat misterele stelelor pitice albe şi au analizat, într-un nou studiu realizat la Universitatea Johns Hopkins, relaţia dintre raza şi masa stelelor care fac parte din această categorie.

Conform noului studiu, cu cât masa unei pitice albe creşte, cu atât raza acesteia se micşorează, fenomen nemaiîntâlnit la alte obiecte cereşti.

În cadrul acestei cercetări a fost folosită o metodă nouă de studiu ce a inclus datele culese de la mii de pitice albe pentru a observa acest fenomen straniu şi a reconfirma totodată Teoria relativităţii generale, transmite Agerpres.

Atunci când stele de tipul Soarelui rămân fără combustibilul de fuziune nucleară, îşi pierd straturile exterioare, rămânând doar nucleele care sunt de dimensiuni apropiate de cea a Pământului.

Acest nucleu stelar în care reacţia de fuziune nucleară s-a oprit şi care se răceşte încet, de-a lungul miliardelor de ani, este o pitică albă – etapa considerată finală a ciclului vital al unei stele.

Aceste cadavre stelare se comportă însă contraintuitiv: pe măsură ce o pitică albă devine mai masivă, ea scade din dimensiuni. Astfel, piticele albe pot ajunge să aibă o masă similară Soarelui, compactată într-un corp cosmic de dimensiunea Pământului.

Teoretic, în timp, piticele albe pot deveni din ce în ce mai mici şi din ce în ce mai grele, până se prăbuşesc în sine, formând un alt tip de cadavru stelar: o stea neutronică (obiecte cosmice ce nu sunt formate din atomi ci din neutroni, extrem de compacte şi dense, cu raza ce nu depăşeşte, de obicei, 30 de kilometri).

Această relaţie contraintuitivă dintre masa şi dimensiunea piticelor albe a fost teoretizată încă din anii 1930. Motivul pentru care piticele albe cresc în masă şi scad concomitent în dimensiuni ar putea fi starea electronilor – pe măsură ce o pitică albă este comprimată astfel, numărul electronilor săi creşte.

Acest mecanism este rezultatul unei combinaţii între mecanica cuantică – o teorie fundamentală în fizică cu privire la mişcarea şi interacţiunea particulelor subatomice – precum şi Teoria relativităţii generale a lui Einstein, care descrie efectele gravitaţiei.

3.000 de pitice albe

„Această relaţie masă-rază este o combinaţie spectaculoasă între mecanica cuantică şi gravitaţie, însă este complet contraintuitivă pentru noi”, a comentat Nadia Zakamska, profesor la Departamentul de Fizică şi Astronomie de la Universitatea Johns Hopkins, coordonatoarea noului studiu.

„Suntem obişnuiţi să credem că dacă un obiect creşte în masă, va creşte şi în dimensiuni”, a adăugat ea.

În noul studiu, echipa de la Universitatea John Hopkins a dezvoltat o metodă pentru a observa relaţia dintre masă şi rază în cazul piticelor albe. Folosind datele adunate de observatoarele Sloan Digital Sky Survey şi Gaia, cercetătorii au putut analiza nu mai puţin de 3.000 de pitice albe.

Echipa de cercetători a măsurat efectul gravitaţional de deplasare spre roşu (redshift), care este efectul gravitaţiei asupra luminii. Dacă lumina se îndepărtează de un obiect cosmic, lungimile de undă ale luminii care vin dinspre respectivul obiect spre observator cresc, ceea ce face ca lumina să apară roşiatică. Observând efectul gravitaţional de deplasare spre roşu, ei au reuşit să determine viteza radială a piticelor albe cu raze similare.

Viteza radială este distanţa de la Soare până la o altă stea şi determină dacă steaua respectivă se apropie sau se îndepărtează de Soare. Prin calcularea vitezei radiale a unei stele, cercetătorii au putut determina şi modificările de masă ale respectivei stele.

Teoria transformată într-un fenomen empiric

„Teoria există de foarte mult timp, însă important în cazul nostru a fost că am putut folosi o bază de date fără precedent atât ca mărime cât şi ca precizie a informaţiilor pe care le conţine”, a adăugat Zakamska.

Metoda folosită de cercetătorii de la Universitatea John Hopkins a reuşit, practic, să transforme o teorie într-un fenomen empiric. În plus, această metodă poate fi folosită pentru a studia şi alte stele şi îi poate ajuta pe astrofizicieni să analizeze compoziţia chimică a piticelor albe.

„Pentru că steaua se micşorează pe măsură ce creşte în greutate, efectul gravitaţional de deplasare spre roşu creşte la rândul său odată cu masa. Iar acest fenomen nu mai este contraintuitiv – pentru că, din perspectiva luminii, este mai uşor să te îndepărtezi de un obiect mai puţin dens şi mai mare, decât de unul mai masiv şi mai compact. Iar această relaţie transpare perfect din datele pe care le-am analizat”, a mai susţinut Zakamska.

Noul studiu a fost acceptat pentru publicare în viitorul număr al revistei The Astrophysical Journal şi a fost postat în arhiva de studii preprint arXiv.org.