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又对了,爱因斯坦!抖动的脉冲星证实了广义相对论

蟹状星云是一颗超新星的残骸,脉冲星现在就位于它的中心。蟹状脉冲星每秒旋转30次。(美国宇航局,欧空局,J.海丝特,A.洛尔(ASU))

爱因斯坦的广义相对论再次得到证实,这次是在距地球25000光年的脉冲星抖动中。在14年的时间里,天文学家观测到了自旋中子星PSR J1906+0746。

的目标是什么?为了研究两个脉冲星在相互轨道上的摆动或进动,广义相对论预言了一种罕见的现象。

由德国波恩马克斯普朗克射电天文研究所的格雷戈里·德斯维格斯领导的天文学家在9月6日的《科学》杂志上发表了他们的研究结果。他们的发现有助于估计银河系中这些所谓的双星脉冲星的数量和中子星合并的速率,它可能会产生引力波(也被相对论预言),可以在地球上观测到。

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脉冲星正快速旋转中子星,从它们的磁极射出带电粒子。强烈的磁场使粒子加速到接近光速,产生无线电波束,像宇宙灯塔一样射入太空。脉冲星以时钟般的精度,每秒旋转数千次,当光束扫过地球时产生一个可预测的脉冲。死星的致密核心在城市空间中的质量比太阳还大,是宇宙中最致密的物体——广义相对论的理想测试对象。

“脉冲星可以提供任何其他方式都无法完成的重力测试,”研究合著者英格丽德·斯泰尔斯说,来自温哥华不列颠哥伦比亚大学的一份声明说这是这样一个测试的更漂亮的例子。

广义相对论,阿尔伯特爱因斯坦于1915年首次提出,描述了物质和能量如何扭曲时空结构,从而产生引力。巨大的致密物体,如脉冲星,可以显著地弯曲时空。广义相对论预测,如果两个脉冲星发现它们彼此绕轨道运行,它们在旋转时会产生轻微的摆动,就像一个缓慢旋转的陀螺。这种引力的结果被称为相对论性自旋进动。

2004年天文学家发现PSR J1906+0746时,它看起来几乎和其他每一个脉冲星一样,每次旋转都能看到两个确定的偏振光束。但是,几年后第二次观测到中子星时,只出现了一束。通过2004年至2018年的观测,Desevignes的团队确定光束的消失是由脉冲星进动引起的。

利用14年的数据,开发了一个跨越50年的模型,并从进动中准确预测了两束光束的消失和再现。当他们将模型与观测值进行比较时,进动率匹配,只有5%的不确定性。数据与爱因斯坦的理论完全一致。

“这个实验花了我们很长时间才完成,”马克斯普朗克研究所射电天文学研究部基础物理学主任迈克尔克莱默在一份声明中说耐心和勤奋真的得到了回报

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