再一次驗證廣義相對論正確性,天體物理學家觀測到恆星拖曳時空

2021-01-15 科技領航人

根據一篇新的論文,科學家們觀察到一顆旋轉的恆星拖著時空。天體物理學家說,該事件再一次驗證廣義相對論是正確行。

圖註:該插圖是位於澳大利亞的帕克電波望遠鏡(Parkes radio telescope)觀測到的脈衝星白矮星雙星系統。物理學家們花了大量時間試圖反駁愛因斯坦廣義相對論中的觀點,但每一次新的嘗試都在不斷地證明理論的正確性。這一最新發現,即「參考系拖拽」的證據,再次證明愛因斯坦是對的。

20多年前,帕克斯天文臺發現了一個叫做PSRJ1141-6545的極端雙星系統。這個系統由兩個燒壞的,密度極高的,快速旋轉的天體組成:一個白矮星和一個脈衝星,脈衝星是一種密度更大的天體,叫做中子星,它像燈塔一樣射出一束束粒子。

這些恆星每五個小時繞軌道運行一次。此後,研究人員利用澳大利亞的帕克電波望遠鏡和極限射電望遠鏡對這對脈衝星進行了觀測,測量了脈衝星光束到達的時間,以便繪製其圍繞白矮星的軌道圖。

研究小組專門在這些極端物體上尋找參考系拖拽的證據,白矮星的旋轉確實會拖拽時空,就像你在遊泳池中旋轉時沿著身體拖拽水一樣。廣義相對論預言,這種效應將表現為額外的進動,或軌道軸的旋轉——想像兩顆恆星在旋轉頂部的兩側,頂部開始擺動,這是進動。

根據對脈衝星信號到達時間、軌道方向以及軌道變化的觀察,研究人員確定,如果白矮星的時空拖拽作用與進動相匹配,那麼進動與預期相符。根據昨天發表在《科學》雜誌上的一篇論文,白矮星必須以非常快的速度旋轉,每200秒或更短的速度旋轉一次。

該報的作者在一篇對話文章中寫道,這樣一個系統可能是由一對死星形成的。第一顆質量更大的恆星將變成白矮星,並開始從第二顆恆星吸出質量,形成一個圓盤,最終賦予它快速的旋轉。第二顆恆星最終以超新星的形式爆炸,留下了研究人員用來測量的脈衝星。

愛因斯坦廣義相對論的測試已經成為物理學家探索宇宙的核心方法之一。許多巨大的問題仍然懸而未決,比如暗物質和暗能量的真實身份。理論上的空白可能會為進一步研究解答這些問題提供一條途徑。

愛因斯坦

雖然科學家在繞地球運行的衛星上發現了這種參考系拖拽的證據,但脈衝星白矮星雙星極端系統提供了對理論的極端檢驗,而且再一次驗證愛因斯坦廣義相對論正確性。當然,廣義相對論並不是完美的物理理論,也許,在將來科學家們會不斷發現愛因斯坦廣義相對論瑕疵,並不斷的發展和豐富該理論。但至少,這一次宇宙天文觀測事件再一次驗證了愛因斯坦廣義相對論正確性。

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