2013年5月7日 星期二

7000光年外雙星系統再次驗證愛因斯坦相對論






藝術示意圖:脈衝星PSR J0348+0432和它的伴星──一顆白矮星,它們強大的引力場造成時空彎曲

  新浪科技訊 香港時間5月7日消息,據美國《探索》雜誌網站報導,想像一下,如果將地球上有史以來生活過的所有人全部放到一起將是多少?將所有這些人堆在一起將會占據多少空間?答案是你必須知道要堆在什麼地方。因為如果你將他們堆在新近發現的一顆編號為PSR J0348+0432的中子星上,整個人類歷史上的所有個體加在一起的體積都不會超過1個立方英吋(約合16.4毫升體積)。當然你可能沒法將這麼多人運送到那裡去,因為這顆星球距離地球約有7000光年之遙。

  中子星是一類具備極端密度的奇異星球,然而對於PSR J0348+0432而言,高密度還並非其最奇特的特徵。這顆星球的直徑僅有約13英里(約合21公里),但其質量卻和兩個太陽質量相當,每秒自轉25圈,在此過程中發出穩定的無線電波脈衝信號。另外,它還有一顆伴星,一顆白矮星,其自轉速度也不慢:每分鐘144圈。

  搞清楚這裏的實際狀況花費了很大一番功夫,但是當天文學家們終於意識到這裏的情形之時,他們很快就有了一個想法:在這樣極端的引力場環境下,這樣兩顆天體是理想的實驗對象,它們是否會像愛因斯坦在廣義相對論中所預言的那樣,按照一個可以通過相對論計算出來的特定速率相互靠攏?又或許這種極端情形根本就不再適用於引力理論而需要套用量子論的觀點來進行理解?

  德國馬克斯‧普朗克射電天文研究所的約翰‧安東尼亞蒂斯(John Antoniadis)表示:“目前有很多描述物質在這種極端環境下行為的理論。”而要想對此情形進行精確的測量,需要極度的耐心和細緻,但最後的結果顯示,愛因斯坦的廣義相對論做出的預言與實際測量值相吻合。就這一具體的案例而言,由於引力波輻射造成的能量損失,這兩顆星體構成的系統相互繞轉週期每年大約減緩800萬分之一秒。有關此項研究的詳細報告將於近期發表在《科學》雜誌上。

  加拿大麥吉爾大學的天文學家瑞恩‧林奇(Ryan Lynch)表示:“我們必須非常精確的知道這一系統中中子星和白矮星成員的質量數據,因為不管是廣義相對論還是其他理論,這一質量數據都是用於進行軌道衰減計算的極重要的參數。”

  天文學家們還需要精確測定這兩顆星體之間相互繞轉週期的變化情況。而這顆中子星的脈衝輻射恰好可以充當這一測量的計時器。林奇表示:“這些因素放在一起,讓中子星J0348成為一個強大的工具。”

  天文學家們還在對這一系統開展進一步的細緻研究以便確定其成因。他們相信這一系統維持目前的狀況已經至少有大約20億年之久。宇宙是最好的實驗室。目前天文學家們還在繼續尋找更加極端的環境用以檢驗愛因斯坦的理論。他們尤其希望找到的情況是一個圍繞一個黑洞運行的脈衝星。黑洞是密度甚至比中子星還要高的天體,它的引力場已經強大到即使連光線也無法逃脫的地步。安東尼亞蒂斯表示:“如果真能找到這種情況,那麼我們將可以對黑洞開展詳細得多的考察,看看它們是否符合愛因斯坦的理論預期。”

  PSR J0348+0432是目前所發現的質量最大的中子星,其地表的引力場強度大約是地球表面是3000億倍。而在其核心部位,一顆食糖顆粒那麼微小的物質團塊質量可以達到10億噸。林奇表示:“廣義相對論不斷通過我們為其設置的各項測試,因此我們必須不斷尋找宇宙中最極端的環境以對相對論進行不斷接近極限的測試,直到找出其崩潰的地方,並在那裡找到新的物理學規律。”(晨風)



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