РадиоАстрон: Эксперимент по проверке общей теории относительности Эйнштейна

Ключевая научная программа российского проекта РадиоАстрон по измерению эффекта гравитационного красного смещения завершила этап сбора данных. Наблюдения выполнены при поддержке сетейназемных радиотелескопов EVN и NRAO (Бадары-Россия, Эффельсберг-Германия, GBT-США, Hartebeesthoek-ЮАР, Онсала-Швеция, Светлое-Россия, VLBA-США, Ветцель-Германия,Ярагади-Австралия, Йебес-Испания, Зеленчукская-Россия). Целью программы является проверка основополагающего принципа общей теории относительности — эйнштейновского принципа эквивалентности. Более точно, научная группа решает задачу проверки эйнштейновской формулы для эффекта гравитационного замедления времени, или гравитационного красного смещения, которая является прямым следствием принципа эквивалентности.

Экспериментальная констатация существования эффекта не представляет затруднений, так какон имеет относительно большую величину: для РадиоАстрона он составляет −58 микросекунд в сутки (отрицательный знак связан с тем, что на борту время течет быстрее, чемдля наземного наблюдателя). Принципиальную важность имеет точность измерения эффекта. Наилучший результат здесь был достигнут в 1976 году в рамках американской миссии Gravity Probe A. В результате сравнения частоты высокостабильного атомного водородногостандарта на борту суборбитального зонда и аналогичного наземного стандарта справедливость формулы Эйнштейна была подтверждена с точностью 0.01%. Эксперимент с Радио-Астроном выполнен по схожей схеме (рисунок 1), но обладает рядом преимуществ: измерения выполнены с более стабильным бортовым водородным стандартом; благодаря высоко-эллиптической орбите удалось добиться большей глубины модуляции эффекта и, наконец, измерения проведены многократно. С учетом всех этих факторов, а также на основе оценкикачества собранных данных, научная группа рассчитывает улучшить точность экспериментана порядок по сравнению с Gravity Probe A. Этот результат должен будет стать важной вехойна пути решения крайне важной задачи — нахождения того масштаба явлений, на которомобщая теория относительности нарушается и начинают проявляться тонкие эффекты более общей теории, такой как теория струн. В своей только что вышедшей статье (Литвинов и др., https://doi.org/10.1016/j.physleta.2017.09.014  ) научная группа дает обзор методикипроведения эксперимента и приводит отчет о его текущем состоянии. Рисунок 2 иллюстрирует предварительные результаты обработки данных одного из экспериментов. Несмотря нато, что процесс обработки данных далек от завершения, достигнутая на сегодняшний день точность уже находится на уровне Gravity Probe A.

Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физическогоинститута им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственнымобъединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентствомсовместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

Рис. 2: Результат обработки данных эксперимента, проведенного в мае 2016 г. Экспериментсостоял из трех сеансов на различной дальности и был проведен при поддержке телескопов Эффельсберг-Германия, Онсала-Швеция, Светлое-Россия, Ветцель-Германия (Wz и Wn). Надвух частях графика изображена остаточная частота одно- и двухпутевых сигналов 8.4 ГГцс РадиоАстрона для крайних сеансов эксперимента по данным измерений 20-метрового телескопа в Онсале. Однопутевой сигнал содержит исследуемый гравитационный эффект, в то время как измерения двухпутевого сигнала используются для подавления вклада нерелятивистского эффекта Доплера. Наблюдения проведены по схеме чередования одно- и двухпутевых режимов с длительностью цикла 4 мин. Частота 1-путевого сигнала не исправлена заэффект гравитационного красного смещения, благодаря этому хорошо заметно его изменение, от 5.69 Гц до 4.96 Гц, между двумя крайними сеансами эксперимента.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.