广义相对论通过最新测试
Robert Naeye 文    Shea 译

　　在爱因斯坦的广义相对论诞生至今的90年间，它经受了一系列最严格的测试，而且每次都高奏凯歌。射电观测显示最近发现的一对脉冲星双星至少在4个方面与爱因斯坦的引力理论保持高度一致，其中包括引力波辐射以及由于大质量天体造成的时延效应。

　　一个由意大利博洛尼亚大学的Marta Burgay领导的国际小组在2003年底使用澳大利亚64米的帕克斯射电望远镜发现了这对脉冲星双星，根据它的天球坐标被命名为J0737-3039。由于在这个双星系统中两颗中子星的距离只有80万千米，仅仅相当于地月距离的两倍，因此天文学家立刻意识到了这个双星系统的重要性。在这样小的距离上，两颗质量为1.3个太阳质量的中子星会以300km/s的速度相互绕转，其周期为2.4小时。

·广义相对论预言两个紧密绕转的天体会发出引力波——由于大质量天体运动所造成的时空结构波动。由此，这两颗恒星会损失轨道能并且靠得越来越近。澳大利亚、德国、英格兰和美国的射电观测显示，这个系统在这方面的行为完全和广义相对论的预言相一致。“它们的轨道大约每天收缩7毫米，这与广义相对论的预言一致，”观测小组的成员、英格兰曼彻斯特大学的Michael Kramer说。

1993年，普林斯顿大学的Joseph Taylor和普林斯顿等离子体物理实验室的Joseph Taylor就因为发现了一个双脉冲星系统验证了这个效应而分享了当年的诺贝尔物理学奖。但是J0737-3039的轨道周期只有Taylor–Hulse脉冲双星的1/3，因此它的相对论效应更容易被观测到。

·观测小组也测量了脉冲双星轨道的另一种变化，发现它也和广义相对论的预言相吻合。它的近星点进动达到了每年17度，是已知最大的。这一进动速率是Taylor–Hulse脉冲双星的4倍，是水星近日点相对论进动的14万倍。

·这个小组还测量了广义相对论的另一个效应：钟在大质量天体附近会变慢。当一颗脉冲星靠近另一颗的强引力场时，它的自转周期会减慢0.38毫秒。

·另一个观测证据也支持了爱因斯坦广义相对论对时空弯曲的预言。当一颗脉冲星位于另一颗脉冲星后面的时候，它的信号会经过由前一颗脉冲星所造成的弯曲时空，这会引起信号90毫秒的时延。“这一效应以前已经在一系列的脉冲星中被发现，”Kramer说，“但是我们从来还没有发现有哪个系统的轨道倾角这样接近90°。由于这个系统的倾角为88°，因此我们很幸运的可以从侧向来观测这个系统。”

　　“总之，这个脉冲双星系统是一个绝佳的引力测试实验室，”美国国家射电天文台的Scott M. Ransom说。脉冲星是大质量恒星超新星爆发后留下的坍缩核心。它们的自转具有极高的规律性，同时它们的脉冲辐射使得它们成为了测量引力效应的完美时钟。


出自：Sky & Telescope
发布日期：2005-03-03

2001-2009 火流星工作组制作


本文遵循“创作共用约定”之“署名-非商业性使用-禁止演绎”3.0约定
任何意见和建议请致电：