Je! Albert Einstein, Mfumo wa Kuweka Nafasi Ulimwenguni (GPS), na jozi ya nyota miaka 29,000 ya nuru kutoka Duniani wanafanana?
Jibu liko katika athari ya Nadharia Kuu ya Uhusiano ya Einstein, iitwayo "redshift ya mvuto", ambayo taa hubadilishwa kuwa rangi nyekundu kwa sababu ya mvuto. Kutumia uchunguzi wa X-ray wa Chandra, wanaastronolojia wamegundua jambo hilo katika nyota mbili zinazozunguka kwenye galaksi yetu kama miaka 29,000 ya nuru (maili trilioni 200,000) kutoka duniani. Ingawa nyota hizi ziko mbali sana, upepo wa mvuto una athari inayoonekana katika maisha ya kisasa, kwani wanasayansi na wahandisi lazima wazingatie ili kutoa nafasi sahihi ya GPS.
Ingawa wanasayansi wamepata ushahidi wa kulazimisha wa mabadiliko ya uvutano katika mfumo wa jua, ilikuwa ngumu kuziona katika vitu vya mbali zaidi angani. Matokeo mapya ya Chandra ni ushahidi wa kusadikisha wa athari za upunguzaji wa nguvu ya uvutano katika mazingira mapya ya nafasi.
Mfumo wa kuvutia wa 4U 1916-053 una nyota mbili katika mizunguko ya karibu sana. Mmoja wao ni msingi wa nyota, bila tabaka za nje, kama matokeo ya ambayo kuna nyota ambayo ni denser zaidi kuliko Jua. Nyingine ni nyota ya nyutroni, kitu chenye uzito zaidi iliyoundwa wakati nyota kubwa ikianguka kwenye mlipuko wa supernova. Nyota ya neutroni (kijivu) inaonyeshwa kwenye chapisho la msanii katikati ya diski ya gesi ya moto ambayo imetoroka kutoka kwa mwenzake (nyota nyeupe kushoto).
Nyota hizi mbili ndogo ni umbali wa maili 215,000 tu, takriban umbali kati ya Dunia na Mwezi. Wakati Mwezi unazunguka sayari yetu mara moja kwa mwezi, mwenzake mnene nyota mnamo 4U 1916-053 anazunguka nyota ya neutron na anazunguka nyota ya neutron kwa dakika 50 tu.
Katika kazi mpya mnamo 4U 1916-053, timu ilichambua mwangaza wa X-ray, ambayo ni, idadi ya X-ray kwa urefu tofauti wa mawimbi, na Chandra. Walipata ishara ya tabia ya ngozi ya X-ray na chuma na silicon kwenye wigo. Katika uchunguzi tatu tofauti na Chandra, data zinaonyesha kushuka kwa kasi kwa kiwango cha X-ray kilichogunduliwa, karibu na urefu wa mawimbi ambayo atomi za chuma au silicon zinatarajiwa kunyonya eksirei. Moja ya ngozi ya kunyonya chuma (majosho upande wa kushoto na kulia) imejumuishwa kwenye grafu kuu. Grafu ya ziada inaonyesha wigo wa ngozi ya silicon. Katika wigo wote, data zinaonyeshwa kwa kijivu na mfano wa kompyuta unaonyeshwa kwa nyekundu.
Vipimo vya urefu wa saini hizi za chuma na silicon vimebadilishwa kuelekea urefu wa urefu mrefu au nyekundu ikilinganishwa na maadili ya maabara yanayopatikana Duniani (iliyoonyeshwa na laini ya wima ya bluu kwa kila saini ya ngozi). Watafiti waligundua kuwa mabadiliko ya tabia ya kunyonya yalikuwa sawa katika kila uchunguzi wa Chandra, na kwamba ilikuwa kubwa sana kuhusishwa na harakati mbali na sisi. Badala yake, walihitimisha kuwa ilisababishwa na upepo wa mvuto.
Je! Hii inahusianaje na Uhusiano wa Jumla na GPS? Kulingana na nadharia ya Einstein, saa hutembea polepole na mvuto kuliko saa zinazozingatiwa kutoka eneo la mbali linapata mvuto dhaifu. Hii inamaanisha kuwa saa Duniani, kama inavyoonekana kutoka kwa satelaiti zinazozunguka, huenda polepole. Ili kuhakikisha usahihi wa juu unaohitajika kwa GPS, athari hii lazima izingatiwe, vinginevyo kutakuwa na tofauti ndogo kwa wakati ambazo hukusanya haraka, kuhesabu nafasi zisizo sahihi.
Aina zote za nuru, pamoja na X-rays, pia zinaathiriwa na mvuto. Ulinganisho unaweza kuchorwa na mtu anayepanda eskaleta inayoshuka. Katika kesi hii, mtu hupoteza nguvu zaidi kuliko ikiwa eskaleta ilisimama au ikiinuka. Mvuto una athari sawa kwenye nuru wakati upotezaji wa nishati husababisha masafa ya chini. Kwa kuwa mwanga husafiri kila wakati kwa kasi ile ile kwenye utupu, upotezaji wa nishati na masafa ya chini inamaanisha kuwa nuru, pamoja na sifa za chuma na silicon, hubadilishwa kuelekea urefu wa mawimbi.
Huu ni ushahidi wa kwanza kamili kwamba saini za kunyonya hubadilishwa kuelekea urefu wa mawimbi marefu na mvuto katika jozi ya nyota ambazo zina nyota ya neutroni au shimo nyeusi. Ushuhuda wenye nguvu wa mabadiliko ya uvumbuzi wa uvutano umeonekana hapo awali kutoka kwa uso wa vijeupe vyeupe, na mabadiliko ya wavelength kawaida ni karibu 15% tu ya wale wa 4U 1916-053.
Kulingana na wanasayansi, anga ya gesi inayofunika diski karibu na nyota ya nyutroni (iliyoonyeshwa kwa samawati) ilichukua X-rays, ikitoa matokeo kama hayo. (Anga hii haihusiani na gesi nyingi nyekundu kwenye sehemu ya nje ya diski, ambayo inazuia nuru kutoka sehemu ya ndani ya diski mara moja kwa obiti.) Ukubwa wa mabadiliko katika wigo uliruhusu timu kuhesabu umbali gani anga hii ni kutoka kwa nyota ya nyutroni inayotumia Uhusiano Mkuu na ikizingatiwa misa ya kawaida ya nyota ya neutroni. Waligundua kuwa anga ni maili 1500 kutoka kwa nyota ya nyutroni, sawa na 0.7% tu ya umbali kutoka kwa nyota ya neutroni hadi kwenye setilaiti. Labda inaenea maili mia kadhaa kutoka kwa nyota ya neutroni.
Katika mbili kati ya tatu, pia kuna ushahidi kwamba saini za kunyonya zimebadilishwa kuelekea urefu wa mawimbi mekundu, yanayolingana na umbali wa 0.04% tu ya umbali kutoka kwa nyota ya neutroni hadi kwenye setilaiti. Lakini saini hizi zina uwezekano mdogo wa kugunduliwa kuliko saini mbali zaidi na nyota ya neutroni.
Wanasayansi walipewa muda wa ziada wa kuchunguza Chandra mwaka uliofuata kusoma mfumo huo kwa undani zaidi.
Karatasi inayoelezea matokeo haya ilichapishwa katika toleo la Agosti 10, 2020 la Astrophysical Journal.
