I 1919 ga en solformørkelse tyngde til Albert Einsteins generelle relativitetsteori. Nå har en ny metode gjort det samme. (Foto: Science Photo Library, NTB scanpix)
I 1919 ga en solformørkelse tyngde til Albert Einsteins generelle relativitetsteori. Nå har en ny metode gjort det samme. (Foto: Science Photo Library, NTB scanpix)

Viste at Einstein tok feil – ved å bevise at han hadde rett

Albert Einstein trodde ikke det var mulig å observere effekten av såkalte gravitasjonslinser. Nå har forskere brukt metoden til å veie en hvit dvergstjerne. Og samtidig bekreftet Einsteins generelle relativitetsteori.

Publisert

I 1915 formulerte Albert Einstein sin generelle relativitetsteori. Den innebærer blant annet at lys vil bøye seg når det passerer et stort objekt, som for eksempel en stjerne eller en galakse.

Under en solformørkelse i 1919 kunne astronomer observere at Einstein hadde rett og at det ikke var tilstrekkelig med Isaac Newtons gamle naturlover.

Nå har forskere bekreftet den generelle relativitetsteorien med nye og langt mer avanserte metoder.

– Indirekte er det en bekreftelse av Einstein, selv om det ikke var målet med undersøkelsen, sier professor Øyvind Grøn ved Høgskolen i Oslo og Akershus.

Han skal hjelpe oss med å forstå den nye metoden, som bærer det litt avskrekkende navnet «astrometrisk mikrolinseeffekt».

Det var denne forskerne egentlig ville teste ut, samt å løse et problem ved den hvite dvergstjernen Stein 2051 B.

Denne illustrasjonen vider hvordan den hvite dvergstjernen bøyer lyset fra stjernen lenger bak. Dermed ser det for Hubble-teleskopet ut som om den befinner seg lenger til høyre. (Illustrasjon: NASA, ESA, og A. Feild, STScI)
Denne illustrasjonen vider hvordan den hvite dvergstjernen bøyer lyset fra stjernen lenger bak. Dermed ser det for Hubble-teleskopet ut som om den befinner seg lenger til høyre. (Illustrasjon: NASA, ESA, og A. Feild, STScI)

Hvite dverger

En hvit dverg er en stjerne som nærmer seg livets slutt. De er kompakte og har lav lysstyrke. De aller fleste stjerner, inkludert vår egen sol, vil på et tidspunkt bli hvite dverger.

Vår hvite dverg, Stein 2051 B, har utfordret forskerne helt siden den ble oppdaget for over 100 år siden. Det er fristende å si at den har et vektproblem. Men da blander vi sammen vekt og masse, og det er fy-fy i fysikken.

– Vekt er den kraften som virker på et legeme i et tyngdefelt. Massen er antall elementærpartikler legemet består av. Ute i verdensrommet har det ingen tyngde i det hele tatt, påpeker Grøn.

Så vi holder oss til massen, som for Stein 2051 Bs tilfelle tidligere ble beregnet til omtrent halvparten av sola vår.

– Men det passer ikke med modellen for hvite dvergstjerner. Den burde heller veiet 0,7 solmasser, sier fysikkprofessoren.

Og her kommer den astrometriske mikrolinseeffekten til unnsetning. Ved hjelp av den har forskere nå beregnet Stein 2051 B til 0,67 solmasser, og astronomer og fysikere kan sove bedre om natten.

Så hva er egentlig astrometrisk mikrolinseeffekt?

Som et forstørrelsesglass

Vi tar det siste leddet først, linseeffekten. Det er det som skjer når det nevnte lyset fra en stjerne langt unna bøyer av og nærmest skifter retning. Når det, ja, i lysets hastighet, farer forbi en galakse eller en stjerne som ligger nærmere oss.

– Hvis lys passerer på alle kanter av et massivt legeme, så vil det bli fokusert, på samme måte som når lys passerer gjennom et brennglass, sier Grøn til forskning.no.

Han sammenligner det med å bruke et forstørrelsesglass til å brenne hull i et papir. Glasset er en linse, derav linseeffekt.

Tilbake i verdensrommet er linsen det massive objektet som bøyer lyset. Siden det er gravitasjonen, eller tyngdefeltet, som er i aksjon, kalles det gravitasjonslinse. Selve bøyningen heter mer presist gravitasjonell linseeffekt.

Einstein fikk ikke se linseeffekten

Professor Øyvind Grøn ved Høgskolen i Oslo og Akershus. (Foto: HiOA)
Professor Øyvind Grøn ved Høgskolen i Oslo og Akershus. (Foto: HiOA)

For ordens skyld:

– Det var ikke linseeffekt astronomene observerte i 1919, bare lysavbøyning, presiserer Grøn.

Einstein hadde heller ikke særlig tro på at det skulle være mulige å se effekten av gravitasjonslinsene. Det så i hvert fall ikke slik ut i 1936, da han skrev i tidsskriftet Science at «det finnes selvfølgelig ikke noe håp om at dette fenomenet skal observeres direkte».

Hubble

Gravitasjonslinser kan brukes for å gjøre enkle og relativt nøyaktige målinger av avstander. For eksempel har forskere brukt dem til å beregne hvor fort universet utvider seg.

Både hele galakser og enkeltstjerner kan være gravitasjonslinser. I det siste tilfellet kalles de mikrolinser.

Mikrolinseeffekten er veldig liten, men ved hjelp av romteleskopet Hubble har forskerne nå klart å måle den. I dette tilfellet er det altså Stein 2051 B som er linsen, og forskerne har studert hvordan lyset fra en stjerne enda mye lenger unna oppfører seg.

Og endelig kan vi fullbyrde den astrometriske mikrolinseeffekten.

Danner en ellipse

– Vanlig mikrolinseeffekt innebærer at lyset forsterkes fordi vi ligger nær brennpunktet til linsen, forklarer Grøn.

– Når vi legger til ordet astrometrisk, er det ikke snakk om lysforsterkning, men om en forskyvning av posisjonen til den bakenforliggende stjernen.

Det betyr at vårt bilde av hvor den er på himmelen, forskyver seg bittelitte grann.

Over tid vil denne forskyvningen danne en ellipse. Denne ellipsen er den siste brikken i puslespillet som fastsetter massen til vår hvite dvergvenn.

Hubble måler avstanden til gravitasjonslinsen, altså Stein 2051 B. Teleskopet måler også avstanden til den bakenforliggende stjernen og hvor nært lyset fra den kommer linsen. Sammen med den nevnte ellipsen sørger Einsteins regnestykker for at Stein 2051 B får en masse som er i overensstemmelse med andre hvite dvergstjerner.

Masse mer å gå løs på

– Det tilsynelatende avviket i posisjonen til stjernen i bakgrunnen står i direkte sammenheng med massen og tyngdekraften til den hvite dvergstjernen, sier Terry Oswalt fra Embry-Riddle Aeronautical University.

Han har ikke selv deltatt i studien som publiseres i tidsskriftet Science onsdag, men han har skrevet en artikkel om den i samme utgave.

– Denne forskningen gir et nytt verktøy for å bestemme massen til objekter som er vanskelig å måle på andre måter, sier Oswalt i en pressemelding.

Forskerne forutser nemlig flere målinger med denne metoden slik at det blir mulig å beregne massen til flere stjerner.

– Dette gir et godt supplement til andre måter å bestemme massen på, sier professor Øyvind Grøn.

Referanser:

Sahu mfl: Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star. Science, juni 2017, doi: 10.1126/science.aal2879.

Oswalt: A centennial gift from Einstein. Science, juni 2017, doi: 10.1126/science.aan2996.

Einstein: Lens-like action of a star by the deviation of light in the gravitational field. Science, desember 1936, doi: 10.1126/science.84.2188.506.