Jedna dobro znana posljedica Einsteinovog viđenja svemira i gravitacijskog djelovanja u njemu, iznesenog u općoj teoriji relativnosti, jest i „svijanje svjetlosti“. Prema toj teoriji, objavljenoj 1915. g, svjetlost nije imuna na utjecaj sile teže, već ona prolazeći mimo masivnih tijela mijenja svoju putanju baš kao što bi to učinila, primjerice, i neka svemirska letjelica. Kako se kosila s tada važećim predodžbama o gravitaciji i svjetlosti, opća teorija relativnosti nije dobro „sjela“ većini fizičara s početka 20. stoljeća. To je osobito vrijedilo za britanske znanstvenike koji nisu bili voljni tek tako se odreći nauka velikog Isaaca Newtona, čije su optika i gravitacija bile već dva stoljeća prihvaćenim standardom u fizici. Pored toga, Albert Einstein je svoj epohalni rad objavio u jeku krvavog svjetskog rata, pa su Otočani bili osobito sumnjičavi spram svega što je dolazilo iz Njemačke. No, kako znanost ne mari odviše za političke i nacionalne razlike, prva potvrda opće teorije relativnosti došla je upravo iz Velike Britanije, a dao ju je Arthur Eddington, znanstvenik kojega se s dobrim razlozima često naziva prvim astrofizičarem. Samo četiri godine nakon objavljivanja Einsteinovog rada, odmah po okončanju prvog svjetskog rata, Eddington je smislio jednostavan pokus kojim je moglo biti provjereno utječe li zbilja gravitacija na gibanje svjetlosti. Štoviše, on je tu zamisao i proveo u djelo!
Gravitacijske leće
Einsteinove jednadžbe su pokazivale da se svjetlost svija u gravitacijskom polju, ali vrlo malo, čak i ako je tijelo koje to polje stvara vrlo masivno. Takvo svijanje se nije moglo u nekom mjerljivom iznosu proizvesti u laboratorijskim uvjetima i Eddingtonu je bilo jasno da kao laboratorij mora uporabiti svemirski prostor. U to doba astronomi još nisu raspolagali instrumentima kojima bi mogli opaziti svijanje svjetlosti – tzv. gravitacijske leće – u dalekom svemiru, kao što je to slučaj danas, pa se on morao osloniti na najmasivniji objekt u Zemljinom susjedstvu – na Sunce! Kao izvori zraka svjetlosti koje će Sunce skrenuti s puta, poslužile su mu daleke zvijezde, čiji su stvarni položaji na nebu bili jako dobro poznati. Problem s tim pokusom je, dakako, u sjaju Sunca, koje izbriše s neba sve zvijezde, posebno one koje su mu prividno blizu. Eddington je stoga svoj pokus proveo 29. svibnja 1919. g, s jednog otoka pred zapadnog obalom Afrike: s toga se mjesta i toga dana vidjela potpuna pomrčina Sunca. Jedino je u takvim prigodama moguće vidjeti zvijezde i po danu, makar na samo nekoliko minuta. Zvijezde koje su zanimale Eddingtona i njegove kolege (neke od Hijada), našle su se tijekom pomrčine prividno blizu oboda Sunčevog diska. Da Einsteinovo tumačenje nije bilo korektno, njihovi položaji na fotografijama pomračnog Sunca bi bili u skladu s astrometrijom. Međutim, zvijezde su se na slikama našle malo pomaknute od tih stvarnih položaja, upravo tamo gdje su jednadžbe opće teorije relativnosti i predviđale da bi trebale biti! Sunčeva masa je silom teže skrenula njihovu svjetlost, stvorivši tako pomaknute projekcije promatranih zvijezda. Bila je to prva u dugom nizu promatračkih potvrda raznovrsnih aspekata Einsteinove opće teorije relativnosti.
Bijeli patuljak - Stein 2051 B
Predviđanje položaja projekcija dalekih zvijezda u Eddingtonovom pokusu, temeljilo se na našem poznavanju Sunčeve mase, izračunate na osnovu udaljenosti i perioda orbitiranja planeta. Ovog je mjeseca, pak, objavljen znanstveni rad u kojemu je opisano prvo mjerenje mase jedne zvijezde na temelju gravitacijskog utjecaja kojega je ona ostvarila na svjetlost iz udaljenijeg objekta! Zvijezda o kojoj je ovdje riječ, zapravo je jedan bijeli patuljak, zbijeni i vrlo vrući ostatak zvijezde umjerene mase, koja je potrošila svoje fuzijsko gorivo. Taj bijeli patuljak nosi oznaku Stein 2051 B, a nalazi se na oko 18 svjetlosnih godina od nas, u široko razmaknutom dvojnom sustavu s jednim crvenim patuljkom. Sustav je u prvoj polovici prošlog stoljeća otkrio belgijski svećenik i astronom Johan Stein (1871-1951.), najprije asistent u Vatikanskoj zvjezdarnici, a kasnije i njen ravnatelj. Stein 2051 B zbog svoje blizine i specifičnog vektora brzine pokazuje veliko stvarno gibanje na nebu Zemlje: on se svake godine pomakne za skoro 2,5 lučne sekunde! To možda i ne izgleda puno, ali pomicanje zvijezda po nebu je obično puno sporije od toga.
Zahvaljujući toj činjenici, astronomi su mogli proračunati da će bijeli patuljak na nebeskom svodu uskoro proći tik do jedne pozadinske zvijezde, toliko joj blizu da preciznim instrumentom ovdje na Zemlji može biti izmjeren otklon zrake svjetla iz dalekog izvora, izazvan silom težom Steina 2051 B! Zvijezda koja je poslužila kao izvor svjetlosti svijene gravitacijom bijelog patuljka, udaljena je od nas oko 5000 svjetlosnih godina i iz naše perspektive je praktično nepomična. Nije nikakvo iznenađenje da je instrument koji je iskorišten za ovo iznimno precizno mjerenje bio NASA-in Svemirski teleskop Hubble, koji se istina ne nalazi na Zemlji, no koji je jako blizu nje, na visini od samo oko 600 km iznad tla. Čak i uz oslonac na Hubbleovu Širokokutnu kameru 3 (engl. krat. WFC3), mjerenje prividnog pomaka daleke zvijezde se pokazalo izuzetno teškom zadaćom. Pozadinski izvor je zvjezdica oko 400 puta slabijeg prividnog sjaja od nama bliskog bijelog patuljka Stein 2051 B, koja mu se usto na nebu približila na samo desetinku lučne sekunde!
Preciznost poboljšana 1000 puta!
Znanstvenici su promatranje toga objekta usporedili s uočavanjem pomicanja krijesnice koja, na udaljenosti od oko 2400 km, lebdi pokraj žarulje. Naime, gravitacijski utjecaj bijelog patuljka je izazvao prividni pomak pozadinske zvijezde od samo 2 tisućinke lučne sekunde! Eddingtonov pokus je za ono doba predstavljalo pravi podvig, budući je njime izmjeren kut kojega stvara širina ljudske vlasi viđene s udaljenosti od 10 metara. Hubbleov tim je, pak, nadmašio tu preciznost za 1000 puta i kut kojega su ti znanstvenici izmjerili odgovara promjeru nekog virusa viđenog na istom razmaku! Iako su takve stelarne gravitacijske mikroleće viđene mnogo puta, ono što je dosad bilo opažano bilo je tek pojačanje sjaja pozadinskog izvora. Gravitacija bliže zvijezde bi djelovala kao staklena leća i instrumenti bi zabilježili razmjerno kratkotrajni bljesak one udaljenije. Nikada dosad nije bilo moguće izmjeriti i prividni odmak dalekog izvora, izazvan silom težom nama bliske zvijezde. Takvi odmaci se rutinski detektiraju i proučavaju kada su posrijedi cijele galaktike i galaktička jata, ali ovo je prvi slučaj da je neka zvijezde – još k tome bijeli patuljak – gravitacijski pomaknula sliku zvijezde u pozadini.
Opaženi pomak i opća teorija relativnosti su dali masu bijelog patuljka potrebnu da taj pomak nastane. Kako se postupak oslanjao samo na jednostavnu geometriju i teoriju koja je već toliko puta bila eksperimentalno potvrđena, rezultat se može smatrati vrlo pouzdanim. Pokazalo se da Stein 2051 B ima masu od 0,68 Sunčevih masa, što bi – prema važećim modelima nastanka bijelih patuljaka – značilo da je nastao od zvijezde s masom od oko 2,3 Sunčeve mase.
