Se for deg at du er en astronom med interessante ideer om kosmos 'hemmelige lover. Som enhver god vitenskapsmann, planlegger du et eksperiment for å teste hypotesen din. Og så plutselig den dårlige nyheten: det er ingen måte å teste det på, bortsett fra kanskje en datasimulering. Kosmiske gjenstander er for store og ukomfortable til å vokse i en petriskål eller kollidere som subatomære partikler.
Heldigvis er det sjeldne steder i rommet der naturen gjennomfører sine egne eksperimenter - som PSR J0337 + 1715. Dette trippelsystemet ble først observert i 2012, og i 2014 kunngjorde forskere offisielt oppdagelsen. Det ligger 4200 lysår unna i stjernebildet Tyren.
Tre døde stjernekjerner snurrer i en dans som kan bekrefte - eller føre til revisjon - Einsteins ide om romtid. Innsatsen er høy. På 1970-tallet ga et system med to døde stjerner sterke, om enn omstendighetsbevis, bevis som støtter Einsteins teori om generell relativitet, og at gravitasjonsbølgene som LIGO til slutt fant fant eksisterte. For dette arbeidet mottok forskere Nobelprisen.
For å forstå PSR J0337 + 1715 som en del av eksperimentet, foreslår Joshua Sokol med New Scientist å representere det som et fysisk sted. Omtrent på samme avstand fra midten av systemet, der Jorden dreier seg rundt solen, ligger en kald hvit dverg, restene av den stivne kjernen av en stjerne som vår. Litt lenger bort er det en varmere hvit dverg. Det skal "skrike lyst" på himmelen, sier Scott Ransome fra National Radio Astronomy Observatory i Virginia, som fører tilsyn med systemets observasjoner.
Hver 1,6 dag kretser denne indre hvite dvergen om en følgesvenn som er usynlig for det blotte øye. Men i røntgen- eller gammastrålevisjon er de to hvite dvergene relativt svake sammenlignet med kameraten, en sfærisk 24 kilometer lang gjenstand som er halvannen gang solenes masse.
Det er en pulsar, restene av en mye større stjerne. Den roterer hver 2.73 millisekund, som en kosmisk støvdemon. Hver rotasjon frigjør en stråle av radiobølger til himmelen som når jorden med hver rotasjon - vi bruker dens ultra-presise signaler som en kosmisk klokke. Og siden disse kroppene har intense, sammenfiltrede gravitasjonsfelt, og vi har klokker bundet til dem, ville det være ekstremt praktisk å teste Einstein.
Ransoms team sporer tickingen av pulsaren, måler hvordan banene til de tre kroppene endres og sammenligner resultatene med spådommene i Einsteins teori. De fokuserer på en idé spesielt seriøst.
Tenk på den apokryfe historien om Galileo på det skjeve tårnet i Pisa, som kastet gjenstander på bakken for å vise at forskjellige masser tar like mye tid å reise i samme avstand. Astronaut David Scott gjorde det samme eksperimentet på månen med en fjær og hammer.
Salgsfremmende video:
Prinsippet om såkalt sterk ekvivalens i generell relativitet fortsetter denne ideen. Han argumenterer for at selv gjenstander med egne tyngdekraftfelt bør reagere på tyngdekraften på samme måte som andre.
Som med fjær og en hammer, bør den indre hvite dvergen og den mye tyngre pulsaren oppføre seg den samme under tyngdekraften fra den ytre hvite dvergen. Hvis ikke, vil det indre parets bane bli mer langstrakt enn forventet - og ekvivalensprinsippet vil bli krenket, og generell relativitet er feil.
Og så blir det sjokk og ærefrykt. Men et slikt sjokk kan før eller senere forventes, siden generell relativitet er beryktet for ikke å ville være venn med andre teorier om naturen.
"Enhver annen teori om tyngdekraft enn generell relativitet forutsier i utgangspunktet at et sterkt ekvivalensprinsipp på et visst nivå vil mislykkes," sier Ransome.
På Pulsar-konferansen i Storbritannia i september håper teamet til Ransom å kunngjøre nye resultater, og starter med arbeid av Anna Archibald, som vil teste ekvivalensprinsippet 50 til 100 ganger bedre enn noen gang før. De har ikke gjort det ennå, sier Ransom, fordi det er noen datamønstre som ser ut til å bryte med ekvivalensprinsippet som må utforskes nærmere.
"Det er klart dette vil være kraftig, så vi ønsker å forsikre oss om at vi forstår dataene riktig," sier Ransom. For øyeblikket gjør datamaskiner fortsatt analyse.
Hva er sjansene for at når arbeidet kommer ut, folk blir begeistret?
”De fleste tror at et sterkt likhetsprinsipp ikke kan mislykkes på dette nivået. Dette er en av grunnene til at vi hele tiden banker hodet mot veggen."
Kanskje er PSR J0337 + 1715 det perfekte romeksperimentet: et eksperiment der generell relativitet definitivt vil gå i stykker, ikke på papir, men helt sikkert. Eller så venter vi litt lenger.
Ilya Khel
