Международная группа ученых подтвердила один из основных принципов теории относительности Эйнштейна, называемый принципом эквивалентности сил гравитации и инерции. Согласно этой концепции, в однородном гравитационном поле все движения и взаимодействия происходят таким же образом, как и в системе, двигающейся с равномерным ускорением при отсутствии внешнего гравитационного поля. Статья с результатами работы опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.
Новое исследование показало, что принцип верен для объектов с сильной гравитацией, например для нейтронной звезды. С помощью радиотелескопа Нанчай (Франция) ученые провели наблюдения за пульсаром PSR J0337+1715 с массой, равной 1,44 массы Солнца, и диаметром всего 25 километров. Этот объект располагается в тройной системе вместе с двумя белыми карликами с меньшей массой и более слабым гравитационным полем.
В основе принципа эквивалентности лежит наблюдение, что тела с различной массой падают в одном гравитационном поле с одним и тем же ускорением. Это называется универсальностью свободного падения (англ. universality of free fall), или принципом Галилея. Однако ученые не знали, сохраняется ли этот принцип для тел с экстремально сильным гравитационным полем.
Пульсар испускает узконаправленный луч радиоволн, который регистрируется радиотелескопом при каждом обороте объекта. При перемещении пульсара время регистрации сигнала смещается, что позволяет ученым с высокой точностью определить движение нейтронной звезды по орбите. Пульсар вращается вокруг одного из белых карликов, а все вместе они вращаются вокруг второго белого карлика. Тем самым ученым удалось определить ускорение нейтронной звезды и объекта меньшей массы по отношению к третьему объекту в системе.
Оказалось, что экстремальное тяготение пульсара не может отличаться более чем на 1,8 части на миллион от прогноза общей теории относительности Эйнштейна (с уровнем достоверности 95 процентов). Этот результат является наиболее точным подтверждением того, что универсальность свободного падения действительна даже в присутствии объекта, масса которого большей частью обусловлена его собственным гравитационным полем.