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研究“极端恒星”16年,再次证明爱因斯坦广义相对论正确

据最新一期《物理评论X》刊发的论文,一个国际团队用16年时间研究了一对被称为“脉冲星”的“极端恒星”,结果再次证明爱因斯坦关于引力的“广义相对论”正确。据悉,这项研究是对爱因斯坦著名理论最严格的测试,并得到了10个国家的研究人员的支持。

研究“极端恒星”16年,再次证明爱因斯坦广义相对论正确

爱因斯坦的广义相对论预言,巨大的物体会扭曲它们周围的时空。而美国宇航局的重力探测器B发现,地球周围的时空确实被地球所弯曲,并被地球的旋转运动所扭曲。

据报道,广义相对论由爱因斯坦等人自1907年开始发展,最终在1915年基本完成。在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率)。广义相对论预言了时间流易、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题,如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应等。

广义相对论的预言迄今为止已经通过了所有观测和实验的验证。尽管广义相对论并非当今描述引力的唯一理论,但却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。

研究“极端恒星”16年,再次证明爱因斯坦广义相对论正确

一对脉冲星构成了“近乎完美的重力实验室”,16年的研究是对爱因斯坦著名理论最严格的测试。

由德国马克斯·普朗克射电天文研究所迈克尔·克拉姆(Michael Kramer)领导的国际研究团队研究了一对脉冲星,以迄今为止“最精确的实验室”来检测爱因斯坦的力论。

这一对脉冲星由团队成员在2003年发现,它们在短短147分钟内围绕对方运行,速度约为100万千米/小时,其中一颗脉冲星每秒旋转44次。这对同伴很年轻,旋转周期为2.8秒。正是它们相互之间的运动,可以作为一个近乎完美的重力实验室。

研究“极端恒星”16年,再次证明爱因斯坦广义相对论正确

研究团队观测这对脉冲星,发现光确实被引力引起的强烈时空曲率所延迟。

脉冲星是一个高度磁化的旋转紧凑型恒星,从其磁极发射出电磁辐射束。它们的重量超过了太阳,但它们的宽度只有大约15英里,因此它们是令人难以置信的密集物体,产生的无线电波束像灯塔一样扫过天空。

研究团队利用分布在澳大利亚、美国、法国、德国、荷兰和英国的七台射电望远镜来观测这对脉冲星,发现光确实被引力引起的强烈时空曲率所延迟。

广义相对论早就预言了这种延迟现象,但这种延迟现象是被首次观测到。这就是说,对两颗极端恒星的16年研究证实了其运动模式与广义相对论预言相一致。

参与研究的加拿大不列颠哥伦比亚大学的Ingrid Stairs教授表示,研究人员跟踪脉冲星发出的无线电光子的传播,并跟踪它们在伴生脉冲星的强引力场中的运动,结果第一次看到,由于伴星周围时空的强烈曲率,光不仅被延迟,而且光被偏转了0.04度的小角度。

“以前从未在如此高的时空曲率下进行过这样的实验。”他说。

据悉,爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用。

比如它预言了某些大质量恒星终结后,会形成时空极度扭曲以至于所有物质(包括光)都无法逸出的区域“黑洞”。

该理论还预言,光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们可能观察到处于遥远位置的同一个天体形成的多个像。

广义相对论还预言了引力波的存在。引力波已经由激光干涉引力波天文台在2015年9月直接观测到。

此外,广义相对论还是现代宇宙学中的“膨胀宇宙模型”的理论基础。

文/南都记者 陈林

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