'愛因斯坦廣義相對論再次得到證實:脈衝星存在歲差'

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愛因斯坦廣義相對論再次得到證實:脈衝星存在歲差

愛因斯坦廣義相對論再次得到證實

對一顆距離我們25000光年的脈衝星長達14年的持續觀察後,科學家終於發現脈衝星存在歲差現象,從而再一次證實了愛因斯坦的廣義相對論。

恆星在演化的末期,由於缺乏繼續燃燒所需要的核反應原料,其內部輻射壓降低,導致其自身的引力作用逐漸坍縮。質量不夠大的恆星坍縮後成為白矮星,而在質量比這還大的恆星裡面,電子被壓入原子核,形成中子,這時候恆星依靠中子的簡併壓與引力保持平衡,形成所謂中子星。

脈衝星是一種會週期性發射脈衝訊號的中子星,其信號的週期十分穩定。而歲差是指一個天體的自轉軸指向因為重力作用導致在空間中緩慢且連續的變化。這是廣義相對論所預測的現象,此前很少在脈衝星中被觀察到。

脈衝星可能是天空中最有用的恆星。明亮的無線電波從它們的磁極發射出來。當它們旋轉時,這些光束可以掃過地球,類似與太空中的“燈塔”。它們也非常精確,旋轉可以精確到毫秒級。這些所謂的毫秒脈衝星可以保持如此精確的時間,以便它們可以指導未來的太空導航。

這一新發現可以幫助我們找出二元中子星碰撞的預期速率。當兩顆中子星得到子星相互靠得很近時,極強的引力輻射會導致它們的距離愈加靠近,軌道週期會逐漸變短。通過精確地測量射電脈衝雙星軌道週期的變化可以檢測引力波的存在,從而驗證廣義相對論。根據廣義相對論,二元系統中的脈衝星應該有輕微的軸向擺動(想想一個減速的旋轉陀螺),所謂的軸向進動。

由於中子星是如此密集(太陽質量的1.4倍,被壓縮成直徑僅20公里的恆星核心),它們的引力強度預計會扭曲時空。

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愛因斯坦廣義相對論再次得到證實:脈衝星存在歲差

愛因斯坦廣義相對論再次得到證實

對一顆距離我們25000光年的脈衝星長達14年的持續觀察後,科學家終於發現脈衝星存在歲差現象,從而再一次證實了愛因斯坦的廣義相對論。

恆星在演化的末期,由於缺乏繼續燃燒所需要的核反應原料,其內部輻射壓降低,導致其自身的引力作用逐漸坍縮。質量不夠大的恆星坍縮後成為白矮星,而在質量比這還大的恆星裡面,電子被壓入原子核,形成中子,這時候恆星依靠中子的簡併壓與引力保持平衡,形成所謂中子星。

脈衝星是一種會週期性發射脈衝訊號的中子星,其信號的週期十分穩定。而歲差是指一個天體的自轉軸指向因為重力作用導致在空間中緩慢且連續的變化。這是廣義相對論所預測的現象,此前很少在脈衝星中被觀察到。

脈衝星可能是天空中最有用的恆星。明亮的無線電波從它們的磁極發射出來。當它們旋轉時,這些光束可以掃過地球,類似與太空中的“燈塔”。它們也非常精確,旋轉可以精確到毫秒級。這些所謂的毫秒脈衝星可以保持如此精確的時間,以便它們可以指導未來的太空導航。

這一新發現可以幫助我們找出二元中子星碰撞的預期速率。當兩顆中子星得到子星相互靠得很近時,極強的引力輻射會導致它們的距離愈加靠近,軌道週期會逐漸變短。通過精確地測量射電脈衝雙星軌道週期的變化可以檢測引力波的存在,從而驗證廣義相對論。根據廣義相對論,二元系統中的脈衝星應該有輕微的軸向擺動(想想一個減速的旋轉陀螺),所謂的軸向進動。

由於中子星是如此密集(太陽質量的1.4倍,被壓縮成直徑僅20公里的恆星核心),它們的引力強度預計會扭曲時空。

愛因斯坦廣義相對論再次得到證實:脈衝星存在歲差

脈衝星的旋轉會被拉入軸向旋進

當旋轉方向未與二元軌道的方向正確對齊時,脈衝星的旋轉會被拉入軸向旋進。這種“歲差”被認為是由於不對稱的超新星爆炸引起的。因此,當脈衝星在其軸上擺動時,我們應該能夠檢測其脈衝輪廓的變化。

編號為PSR J1906 + 0746的脈衝星於2004年發現,它顯示出每次旋轉兩個不同的扭曲或極化發射光束。然而,當由美國馬克斯普朗克射電天文學研究所的格雷戈裡·德維尼領導的天文學家團隊查看帕克斯天文臺射電望遠鏡收集的檔案數據時,他們發現只有一個光束。

為了弄清楚原因,科學家們2005年到2009以及2012年到2018使用三種不同的天文望遠鏡監測PSR J1906 + 0746。

在2005年開始觀測它時,科學家看到了2004年檢測到的每次旋轉的兩個光束。漸漸地,來自PSR J1906 + 0746脈衝星的光束變弱了,到2016年,它已完全消失。

該團隊預測極化數據包含有關脈衝星進動的信息。他們對這些數據建模,將其延長50年,然後將其與脈衝星的觀測數據進行比較。

結果匹配百分之五的不確定性水平,完全符合廣義相對論的預測。該團隊還意識到地球的視線已經從南北方向穿過脈衝星的磁極。

該研究發表在《科學》雜誌上。

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