天文科普:時空竟圍繞一顆死去恒星旋轉,證明愛因斯坦預言成真
來源:新浪科技
發布時間:2020-06-06
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  據國外媒體(ti) 報道,一項新研究發現,時空圍繞一顆死去恒星旋轉的方式證實了愛因斯坦廣義(yi) 相對論的又一項預測。

  愛因斯坦曾預言過一種名叫“參考係拖曳”的現象,又名冷澤-提爾苓效應,認為(wei) 時空會(hui) 圍繞一個(ge) 不斷旋轉的大質量物體(ti) 轉動。就好像把地球浸到蜂蜜中,隨著地球自轉、周圍的蜂蜜也會(hui) 被帶著旋轉一樣。

  衛星實驗已經在地球自轉的引力場中檢測到了參考係拖曳現象,但這種效應極其微弱,很難測量。在白矮星和中子星等質量更大、引力場更強的天體(ti) 周圍,觀察到這種現象的機會(hui) 應該更大。

  科學家將目標瞄準了PSR J1141-6545,一顆質量約為(wei) 太陽1.27倍的年輕脈衝(chong) 星。它位於(yu) 蒼蠅座中,靠近著名的南十字座,距地球約1萬(wan) 至2.5萬(wan) 光年。

  脈衝(chong) 星是一種快速旋轉的中子星,會(hui) 沿著磁極的方向向外發射射電波。(中子星是恒星在超新星爆發等劇烈爆炸中死去後留下的遺骸,其引力極大,足以將質子與(yu) 電子擠壓在一起、形成中子。)

  脈衝(chong) 星PSR J1141-6545圍繞一顆質量與(yu) 太陽差不多的白矮星旋轉。白矮星是中等體(ti) 積的恒星耗盡燃料死去後留下的內(nei) 核部分,密度極大,體(ti) 積則與(yu) 地球差不多。我們(men) 的太陽有朝一日也會(hui) 變成一顆白矮星,銀河係中超過90%的恒星也會(hui) 如此。

  該脈衝(chong) 星圍繞白矮星旋轉的軌道非常短,且公轉速度高達每小時1百萬(wan) 公裏,不到5小時便可轉完一圈。軌道距白矮星非常近,距離最大處僅(jin) 比太陽直徑稍大一些。

  在過去近20年間,研究人員一直在利用澳大利亞(ya) 的帕克斯天文台和UTMOST射電望遠鏡測量該脈衝(chong) 星發出的脈衝(chong) 到達地球的時間,精確度在100微秒以內(nei) 。他們(men) 借此發現,該脈衝(chong) 星和白矮星圍繞彼此旋轉的方式發生了長期偏移。

  在排除了其它可能的原因後,科學家們(men) 總結認為(wei) ,該現象是參考係拖曳效應導致的:快速旋轉的白矮星對時空造成了拖曳作用,進而導致脈衝(chong) 星軌道的朝向漸漸發生了變化。根據參考係拖曳的程度,研究人員計算得出,這顆白矮星每小時會(hui) 圍繞軸線自轉30次。

  此前的研究顯示,這顆白矮星形成的時間比脈衝(chong) 星要早。該理論模型預測道,在形成脈衝(chong) 星的那次超新星爆發發生前,該脈衝(chong) 星的前體(ti) 已經在約16000萬(wan) 年的時間裏,向白矮星傾(qing) 倒了相當於(yu) 2萬(wan) 個(ge) 地球那麽(me) 重的物質,加快了白矮星的旋轉速度。

  “在PSR J1141-6545係統中,脈衝(chong) 星比白矮星要年輕,這樣的係統相當罕見。”研究人員指出,此次新研究“證實了一條約20年前提出的、有關(guan) 此類雙星係統如何形成的假說”。

  研究人員指出,他們(men) 利用參考係拖曳現象,進一步了解了引發該現象的那顆不斷旋轉的恒星。未來他們(men) 還可以利用類似技術分析雙中子星係統,進一步了解它們(men) 的內(nei) 部組成。“我們(men) 觀察雙中子星係統已經有50多年了,但依然毫無頭緒。”研究人員表示,“中子星內(nei) 部的物質密度遠高於(yu) 能在實驗室中實現的密度,因此如果能將該技術用來研究雙中子星係統,我們(men) 一定能學到許多全新的物理星空体育官网入口网站。”

  詳細的研究結果已發表在1月30日的在線版《科學》期刊上。(葉子)


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