Гравітаційна стала Ньютона: новий погляд

Гравітаційна стала (постійна) Ньютона, відома як G (У Міжнародній системі одиниць G = (6,673 ± 0,003)×10‾¹¹ × H × м ² × кг‾² ), описує силу тяжіння між двома об'єктами, враховуючи відстань між ними та їх масу. Раніше було запропоновано, що G могла поступово змінюватися протягом 13800000000 років після Великого вибуху. Якби G зменшувалася з часом, це означало б, наприклад, що відстань від Землі до Сонця була в минулому трохи більше, отже, і тривалість пір року була більше (у порівнянні з більш ранніми точками в історії нашої планети). Але дослідники з Технологічного університету Суинберна в Мельбурні проаналізували випромінювання, яке прийшло до нас після 580 вибухів наднових (зірок) в найближчому і далекому Всесвіті, і виявили, що гравітаційна стала не змінювалася. "Ми озирнулися назад у космічному часі, щоб зрозуміти, як, можливо, змінилися закони фізики. Подібний підхід не є новаторським, - сказав професор Джерелі Муд (Jeremy Mould). - Але космологія наднових (Наднові типу Ia — це тип наднових зірок, що виникають у бінарних системах, де одна із зірок є білим карликом, а інша може бути як гігантом так і навіть меншим білим карликом. Наднова є результатом вибуху білого карлика після того як до нього приєднається речовина від зорі-компаньйона. Білий карлик є «залишком» зірки, яка завершила свій нормальний життєвий цикл і в якій припинилися термоядерні реакції (Термоядерна реакція — реакція синтезу (злиття) легких ядер атомів (наприклад гелію або дейтерію – важкого ізотопа водню ( 1 Н ²)). У результаті вимушеного зближення між ядрами атомів виникають сили притягання, достатні для втримання створеного нового ядра нового атома елемента. У такий спосіб утворюється новий елемент. У природі такі процеси відбуваються в зірках. У реакціях синтезу виділяється енергії більше, ніж при діленні важких ядер атомів. При синтезі 400 грамів гелію звільняється енергія, еквівалентна 10 400 тонам вугілля, при ділені 1 грама урану 235 звільняється енергія, еквівалентна 3 тонам вугілля. Але досі на Землі не вдалося здійснити керовану термоядерну реакцію, тому що для зближення ядер атомів на близькі відстані необхідна велика енергія. Єдина можливість – це перевести речовину в стан плазми, а потім збільшити температуру плазми настільки, щоб ядра почали взаємодіяти. Але поки що на Землі не знайдено матеріалу, який би витримав температуру у 10 у 7 степені градусів по Кельвіну. Некерована реакція синтезу вибухового типу була використана у водневій бомбі. Створення керованої термоядерної реакції є генеральним напрямом енергетики майбутнього. Проте, у білих карликів за певних умов можуть відбуватися подальші реакції вуглецево-кисневого синтезу, які вивільняють величезну кількість енергії, якщо температура піднімається достатньо високо. Фізично білі карлики з низькою швидкістю обертання обмежені за своєю масою межею Чандрасекара (Межа Чандрасекара - найбільша маса зірки, при якій в кінці своєї еволюції вона перетворюється на білий карлик, а не колапсує у нейтронну зірку або чорну діру. Приблизно дорівнює 1,4 мас Сонця. Для зірок більшої маси внутрішній тиск не може протистояти силам гравітаційного притягання, і зоря при охолодженні буде стискатися доти, доки електрони її речовини не об'єднаються з протонами ядер, утворивши нейтронну речовину). Це максимальна маса, яка може бути скомпенсована тиском виродження електронів. При нарощуванні маси від зорі-компаньйона (акреція), після досягнення цієї межі білий карлик почне стискатися. За загальноприйнятою гіпотезою, його ядро досягне температури ядерного горіння вуглецю по мірі наближення маси до межі. Якщо білий карлик зливається з іншою зіркою (дуже рідкісний випадок), він моментально перевищує межу Чандрасекара і почне руйнуватися, знову ж таки, піднімаючи свою температуру до точки займання згаданого ядерного синтезу. Протягом декількох секунд після початку ядерного синтезу зі значною частиною речовини білого карлика відбувається швидка термоядерна реакція з виділенням достатньої кількості енергії, що викликає вибух нової наднової зірки. Ця категорія наднових має однаково максимальну світимість через однорідність маси білих карликів, які вибухають за допомогою механізму акреції. Сталість цього значення дозволяє використовувати ці вибухи як шкалу стандартних вимірників (т.зв. «Стандартна свічка») для вимірювання відстані до їх галактик, оскільки видима зоряна величина наднових залежить насамперед від відстані) тепер дозволяє нам простежити за гравітацією". Наднові типу Ia - наслідок вибуху білих карликів, які масивніше нашого Сонця, але за розмірами більш компактні (сумірні з Землею). Земні телескопи можуть виявити світло такого вибуху і використовувати його яскравість для вимірювання відстаней у Всесвіті. Цей "інструмент" допоміг австралійському астроному професору Брайану Шмідту (Brian Schmidt) отримати Нобелівську премію в 2011 році (за відкриття таємничої темної енергії, яка прискорює розширення Всесвіту). Професор Муд і його аспірант Сайед Уддін (Syed Uddin) припустили, що ці вибухи наднових відбуваються, коли білий карлик досягає критичної маси або ж у разі зіткнення з іншими зірками. "Ця критична маса залежить від гравітаційної постійної Ньютона G і дозволяє нам контролювати її протягом мільярдів років космічного часу, а не десятиліть, як це передбачалося в попередніх дослідженнях", - сказав професор Муд. Незважаючи на таку різницю у часових проміжках, результати цієї роботи узгоджуються з результатами лазерної локації Місяця, в ході якої було встановлено відстань між точками Землі і її супутника. Місії "Аполлон" NASA в 1960-х роках були в змозі відслідковувати можливі зміни G з дуже високою точністю. "Наш космологічний аналіз доповнює експериментальні зусилля, що дозволяють подивитися на закони фізики по-новому на великому відрізку космічного часу", - говорить Уддін. Дослідники з університету Суинберна змогли встановити верхню межу на зміну гравітаційної постійної Ньютона. Він склав 0,00000001% на рік за останні дев'ять мільярдів років. Наукова стаття Уддін у повному обсязі буде опублікована у виданні Publications of the Astronomical Society of Australia, а поки прочитайте її препринт (перед опублікуванням).

Володимир Циганенко

Цитування та використання будь-яких матеріалів порталу Etar на інших сайтах дозволяється лише з гіперпосиланням: www.etar.com.ua

в начало