Naukowcy zmierzyli grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni Słońca z najwyższą jak dotąd precyzją, potwierdzając teoretyczne przewidywania dokonane przez Einsteina w 1920 roku.
Fotony to cząsteczki światła, na które wpływają pola grawitacyjne. Drogi fotonów mogą być zakrzywione przez gęste ciała, a ich długość fali może się rozciągać, gdy wychodzą ze studni potencjału grawitacyjnego. Ta długość fali światła uciekającej ze studni grawitacyjnej jest lekko przesunięta w kierunku czerwieni i jest nazywana grawitacyjnym przesunięciem ku czerwieni. Jak podano w Astronomy & Astrophysics, efekt jest niewielki, ale mierzalny nawet dla Słońca.
Einstein napisał sto lat temu: „W przypadku Słońca przewidywane teoretyczne przesunięcie ku czerwieni to około dwie milionowe długości fali. Czy ten efekt rzeczywiście istnieje, pozostaje kwestią otwartą i astronomowie obecnie ciężko pracują, aby go rozwiązać. Dla Słońca jego istnienie trudno ocenić, ponieważ efekt jest tak mały”.
Pomiar słonecznego grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni wymagał pomysłowego podejścia. Pierwszym krokiem było przyjrzenie się widmowi Słońca. Mówiąc najprościej, jest to jak użycie pryzmatu i ujawnienie wszystkich kolorów, z których składa się światło słoneczne. W widmie widoczne są ciemne linie utworzone przez pierwiastki słoneczne.
Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni przesuwa te linie na dłuższe długości fal, niż pojawiłyby się w laboratorium. Zespół skupił się na niektórych żelaznych liniach i użył światła odbijającego się od Księżyca, aby dokonać pomiaru. Instrument, którego użyli, to High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher (HARPS), skalibrowany za pomocą najnowocześniejszego laserowego grzebienia częstotliwości, umożliwiającego niezwykle precyzyjne pomiary.
Pomiary są bardzo zgodne z teoretycznymi przewidywaniami przesunięcia ku czerwieni grawitacyjnego Słońca.
„Łącząc precyzję instrumentu HARPS z laserowym grzebieniem częstotliwości, byliśmy w stanie zmierzyć z dużą dokładnością położenie żelaznych linii w widmie słonecznym” – mówi naczelny autor dr Jonay González Hernández z Instituto de Astrofísica de Canarias w oświadczeniu. „To umożliwiło nam zweryfikowanie jednego z przewidywań teorii ogólnej teorii względności Einsteina, grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni, z dokładnością do zaledwie kilku metrów na sekundę”.
Zjawisko grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni zostało również potwierdzone w przypadku gwiazd krążących wokół super masywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, co było częścią pracy zdobywców Nagrody Nobla w 2020 roku, Reinharda Genzela i Andrei Gheza.
Czytaj: Dzieło sztuki, które jest widoczne tylko, gdy świeci słońce
johannesfloe.com – Art to remember
