Släpp en kula och en kanonkula från det lutande tornet i Pisa samtidigt och de kommer att träffa marken samtidigt. Detta faktum förklaras av Albert Einsteins gravitationsteori – generell relativitet – som förutspår att alla objekt faller på samma sätt, oavsett deras massa eller sammansättning.

Till och med jorden och månen "faller" på samma sätt mot solen när de kretsar runt varandra.

Einsteins teori har klarat alla tester i laboratorier och på andra håll i vårt solsystem. Men forskare vet att kvantmekaniken beter sig annorlunda, så Einsteins teori måste gå sönder någonstans. Gäller denna princip även för föremål med extrem gravitation?

Svaret är ja, " enligt ett internationellt team av astronomer, inklusive en från University of Wisconsin-Milwaukee. De har testat frågan med hjälp av tre stjärnor som kretsar runt varandra i ett naturligt "laboratorium" cirka 4, 200 ljusår från jorden.

Resultat från teamet, leds av forskare vid universitetet i Amsterdam och det nederländska institutet för radioastronomy (ASTRON), publiceras idag i Natur .

Trippelstjärnsystem

Deras testperson är ett trippelstjärnsystem som heter PSR J0337+1715, bestående av en neutronstjärna i en 1,6-dagars bana med en vit dvärg. Detta par befinner sig i en 327-dagars bana med en annan vit dvärg längre bort.

Ungefär lika stor som en planet, en vit dvärg är en stjärna som har förbrukat sitt kärnbränsle och bara den heta kärnan finns kvar. Medan vita dvärgar är små och täta, ingenting slår tätheten hos en neutronstjärna, som är en aske kvar efter att en utbränd stjärna har exploderat. Dess gravitation har krossat de massiva kvarlevorna till en kvarleva lika stor som en stad.

Neutronstjärnan blir en pulsar när den snurrar snabbt och har ett starkt magnetfält. Pulsarer sänder ut radiovågor, Röntgenstrålar eller till och med optiskt ljus med varje rotation.

Forskarna gjorde mätningen bara genom att spåra neutronstjärnan, en pulsar.

"Den roterar 366 gånger per sekund, och strålar av radiovågor roterar längs, sa Anne Archibald, tidningens första författare vid ASTRON och universitetet i Amsterdam. "De sveper över jorden med jämna mellanrum, som en kosmisk fyr. Vi har använt dessa radiopulser för att spåra neutronstjärnans position."

Vit dvärg gravitation

När pulsaren rör sig, något orsakar det, sa David Kaplan, en docent i fysik vid University of Wisconsin-Milwaukee och en medförfattare på tidningen. "Om Einstein har rätt, det måste vara gravitationen hos den vita dvärgen som den cirkulerar som får pulsaren att röra sig."

Teamet av astronomer följde neutronstjärnan i sex år med Westerbork Synthesis Radio Telescope i Nederländerna, Green Bank Telescope i West Virginia och Arecibo Observatory i Puerto Rico.

Om neutronstjärnan föll annorlunda än den vita dvärgen, pulserna skulle komma vid en annan tidpunkt än förväntat. Men så vitt forskarna vet, det hände inte. Archibald och hennes kollegor fann att varje skillnad mellan neutronstjärnans och den vita dvärgens accelerationer är för liten för att upptäckas.

Detta system ger forskarna möjlighet att testa gravitationens natur med mycket mer känslighet, sa Kaplan, som var bland de forskare som först publicerade på systemet som upptäcktes 2012.

"Vi har gjort det bättre med det här systemet än tidigare tester med en faktor 10, sa Kaplan. "Men det är inget strykjärnigt svar. Att förena gravitation med kvantmekanik är fortfarande olöst."

Kan inte ignorera relativitet

En mer exakt beskrivning av gravitationen är viktig även av andra skäl, sa Kaplan.

"Om du ignorerade generell relativitetsteori men sedan försökte använda GPS:en på din telefon, du skulle hamna långt från din destination, " sa han. "Men vi försöker också förstå hur universum fungerar här. Vi förstår fortfarande inte hur stjärnor rör sig."

Framsteg inom radioteleskop ger fler chanser att hitta det perfekta trippelsystemet att testa, sa Jason Hessels, docent vid ASTRON och universitetet i Amsterdam.

Om Square Kilometer Array byggs i Australien och Sydafrika som planerat, det skulle bli det största radioteleskopet i världen, kapabla att hitta många fler millisekunderspulsarer som nu är kända i vår galax.

"Bland dessa ännu oupptäckta system kan lurar ännu mer kraftfulla verktyg för att förstå universum, " Sa Hessels. "Kanske en av dessa kan ge vår första titt på en teori bortom Einsteins."