7000光年外双星系统再次验证爱因斯坦相对论

2013-05-03 10:00:48  来源:新浪科技

艺术示意图:脉冲星PSR J0348+0432和它的伴星——一颗白矮星,它们强大的引力场造成时空弯曲

  艺术示意图:脉冲星PSR J0348+0432和它的伴星——一颗白矮星,它们强大的引力场造成时空弯曲

  新浪科技讯 北京时间5月3日消息,据美国《探索》杂志网站报道,想象一下,如果将地球上有史以来生活过的所有人全部放到一起将是多少?将所有这些人堆在一起将会占据多少空间?答案是你必须知道要堆在什么地方。因为如果你将他们堆在新近发现的一颗编号为PSR J0348+0432的中子星上,整个人类历史上的所有个体加在一起的体积都不会超过1个立方英寸(约合16.4毫升体积)。当然你可能没法将这么多人运送到那里去,因为这颗星球距离地球约有7000光年之遥。

  中子星是一类具备极端密度的奇异星球,然而对于PSR J0348+0432而言,高密度还并非其最奇特的特征。这颗星球的直径仅有约13英里(约合21公里),但其质量却和两个太阳质量相当,每秒自转25圈,在此过程中发出稳定的无线电波脉冲信号。另外,它还有一颗伴星,一颗白矮星,其自转速度也不慢:每分钟144圈。

  搞清楚这里的实际状况花费了很大一番功夫,但是当天文学家们终于意识到这里的情形之时,他们很快就有了一个想法:在这样极端的引力场环境下,这样两颗天体是理想的实验对象,它们是否会像爱因斯坦在广义相对论中所预言的那样,按照一个可以通过相对论计算出来的特定速率相互靠拢?又或许这种极端情形根本就不再适用于引力理论而需要套用量子论的观点来进行理解?

  德国马克斯·普朗克射电天文研究所的约翰·安东尼亚蒂斯(John Antoniadis)表示:“目前有很多描述物质在这种极端环境下行为的理论。”而要想对此情形进行精确的测量,需要极度的耐心和细致,但最后的结果显示,爱因斯坦的广义相对论做出的预言与实际测量值相吻合。就这一具体的案例而言,由于引力波辐射造成的能量损失,这两颗星体构成的系统相互绕转周期每年大约减缓800万分之一秒。有关此项研究的详细报告将于近期发表在《科学》杂志上。

  加拿大麦吉尔大学的天文学家瑞恩·林奇(Ryan Lynch)表示:“我们必须非常精确的知道这一系统中中子星和白矮星成员的质量数据,因为不管是广义相对论还是其他理论,这一质量数据都是用于进行轨道衰减计算的极重要的参数。”

  天文学家们还需要精确测定这两颗星体之间相互绕转周期的变化情况。而这颗中子星的脉冲辐射恰好可以充当这一测量的计时器。林奇表示:“这些因素放在一起,让中子星J0348成为一个强大的工具。”

  天文学家们还在对这一系统开展进一步的细致研究以便确定其成因。他们相信这一系统维持目前的状况已经至少有大约20亿年之久。宇宙是最好的实验室。目前天文学家们还在继续寻找更加极端的环境用以检验爱因斯坦的理论。他们尤其希望找到的情况是一个围绕一个黑洞运行的脉冲星。黑洞是密度甚至比中子星还要高的天体,它的引力场已经强大到即使连光线也无法逃脱的地步。安东尼亚蒂斯表示:“如果真能找到这种情况,那么我们将可以对黑洞开展详细得多的考察,看看它们是否符合爱因斯坦的理论预期。”

  PSR J0348+0432是目前所发现的质量最大的中子星,其地表的引力场强度大约是地球表面是3000亿倍。而在其核心部位,一颗食糖颗粒那么微小的物质团块质量可以达到10亿吨。林奇表示:“广义相对论不断通过我们为其设置的各项测试,因此我们必须不断寻找宇宙中最极端的环境以对相对论进行不断接近极限的测试,直到找出其崩溃的地方,并在那里找到新的物理学规律。”

责任编辑: 房小葵
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