Η γενική σχετικότητα ελέγχεται με πρωτόγνωρη ακρίβεια με τη χρήση δύο δορυφόρων σε ελλειπτικές τροχιές γύρω από τη Γη

Το 2014, δυο δορυφόροι του Ευρωπαϊκού Συστήματος Δορυφόρων Παγκόσμιας Πλοήγησης, Γαλιλαίος, κατά λάθος εκτοξεύθηκαν σε ελλειπτικές, αντί σε κυκλικές, τροχιές. Η ελλειπτικότητα αυτή δημιούργησε προβλήματα για τη χρήση τους στο παγκόσμιο δίκτυο πλοήγησης, όμως οι επιστήμονες μετέτρεψαν την ατυχία αυτή σε μια ευκαιρία. Δυο ανεξάρτητες ομάδες, μια υπό την καθοδήγηση από τον Sven Herrmann στο Πανεπιστήμιο της Βρέμης στη Γερμανία και η άλλη από τον Pacôme Delva, στα Πανεπιστήμια PSL (Paris Sciences & Letters) και Σορβόννης της Γαλλίας, χρησιμοποίησαν ρολόγια στους δορυφόρους για να εκτελέσουν τους πιο ακριβείς, μέχρι σήμερα, ελέγχους μιας πτυχής της γενικής σχετικότητας: της βαρυτικής παρέκκλισης της συχνότητας του ρολογιού.

Ένα ρολόι σε βαρυτικό πεδίο κτυπάει τα δευτερόλεπτα πιο αργά από ένα άλλο στο κενό διάστημα – «παρεκκλίσεις» των συχνοτήτων των κτύπων τους – ως αποτέλεσμα της αρχής ισοδυναμίας της (γενικής) σχετικότητας. Οι ερευνητές διεξάγουν ελέγχους παρέκκλισης στην έρευνα παραβιάσεων της γενικής σχετικότητας, η οποία ελπίζουν ότι θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια θεωρία που εξηγεί, για παράδειγμα, τη σκοτεινή ύλη και της σκοτεινή ενέργεια. Οι πλέον ακριβείς από αυτούς τους ελέγχους διεξήχθησαν το 1976. Το πείραμα περιλάμβανε την εκτόξευση ενός πυραύλου σε ύψος 10000 km και τη σύγκριση της συχνότητας ενός τοποθετημένου στη Γη ρολογιού με αυτήν ενός ρολογιού στον πύραυλο. Τα αποτέλεσμα έδειξε ότι η γενική σχετικότητα θα μπορούσε να προβλέψει την αλλαγή της συχνότητας του ρολογιού με μια ακρίβεια 0,007%.

Οι νέες μελέτες αξιοποίησαν την ελλειπτικότητα των τροχιών των δορυφόρων, μετρώντας τις αλλαγές στις συχνότητες των διαφόρων ρολογιών μέιζερ υδρογόνου που βρίσκονται στους δορυφόρους σε ποικίλες αποστάσεις από τη Γη. Βρήκαν ότι η γενική σχετικότητα με ακρίβεια προβλέπει τις παρατηρούμενες αποκλίσεις. Με τον υπολογισμό των συστηματικών σφαλμάτων και του θορύβου και με ανάλυση δεδομένων τριών χρόνων, οι δυο ομάδες βελτίωσαν τους περιορισμούς στις παραβιάσεις της γενικής σχετικότητας μέχρι έναν παράγοντα 5,6, παρέχοντας την πρώτη βελτίωση των ελέγχων παρέκκλισης για πάνω από 40 χρόνια.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στις δημοσιεύσεις:
[1] Test of the Gravitational Redshift with Galileo Satellites in an Eccentric Orbit. Physical Review Letters.
[2] Gravitational Redshift Test Using Eccentric Galileo Satellites. Physical Review Letters.