來(lái)自一個(gè)國(guó)際天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在追蹤一對(duì)奇異恒星軌道近20年后，現(xiàn)在終于顯示出了令人興奮的新證據(jù)，證明了天體旋轉(zhuǎn)是如何扭曲空間和時(shí)間的，即扭曲的時(shí)空結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論進(jìn)一步的證據(jù)證明，其研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，再一次證明愛(ài)因斯是正確的！一個(gè)多世紀(jì)前，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦發(fā)表了他著名的廣義相對(duì)論。相信你一定知道牛頓的萬(wàn)有引力定律，牛頓自己也只知道萬(wàn)物都會(huì)產(chǎn)生這種力。
兩物體相隔無(wú)限遠(yuǎn)也受萬(wàn)有引力的作用，但是牛頓也不知道，為什么會(huì)產(chǎn)生引力，高中物理必學(xué)萬(wàn)有引力定律，但是學(xué)完你也不知道為什么會(huì)產(chǎn)生引力；所以這就更加凸顯出了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的高明之處！即引力來(lái)自空間和時(shí)間的曲率，太陽(yáng)和地球等天體改變了這種幾何結(jié)構(gòu)。
先進(jìn)儀器設(shè)備的進(jìn)步，促使了（包括獲得諾貝爾獎(jiǎng)）大量與廣義相對(duì)論有關(guān)現(xiàn)象的涌現(xiàn)?？茖W(xué)家2016年發(fā)現(xiàn)了引力波，2016我們稱之為引力波年。第一張黑洞照片和恒星繞著銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)圖像，就在剛剛過(guò)去的2019年發(fā)布，2019我們稱之為事件視界年。
大約20年前，由斯溫本理工大學(xué)教授、ARC引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心主任馬修·貝爾斯領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始用帕克斯64米射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)兩顆恒星以驚人的速度繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)。一顆是白矮星，大小相當(dāng)于地球，但密度是地球的30萬(wàn)倍；另一顆是脈沖星（中子星），雖然直徑只有20公里，但密度大約是地球的1000億倍。
這是一個(gè)相對(duì)論奇異雙星系統(tǒng)，名為“PSR J1141-6545”。大約一百萬(wàn)年前，在恒星爆炸（成為一顆脈沖星（中子星）)）之前，它開(kāi)始膨脹，拋掉了在附近白矮星上的外核。這些墜落的碎片使白矮星旋轉(zhuǎn)得越來(lái)越快，直到它的一天只能用分鐘來(lái)衡量。1918年（愛(ài)因斯坦發(fā)表他的理論三年后）奧地利數(shù)學(xué)家約瑟夫·倫斯和漢斯·瑟林意識(shí)到，如果愛(ài)因斯坦是對(duì)的，所有旋轉(zhuǎn)的物體，都應(yīng)該會(huì)“扭曲”時(shí)空的結(jié)構(gòu)。在日常生活中，這種影響微乎其微，幾乎檢測(cè)不到。
本世紀(jì)初，這一效應(yīng)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，出現(xiàn)在繞地球運(yùn)行的航天器陀螺儀中，陀螺儀的方向被“扭曲”向地球的自轉(zhuǎn)方向。一顆快速旋轉(zhuǎn)的白矮星，就像PSRJ1141-6545中的那顆，扭曲時(shí)空的力量是地球1億倍！在這樣一顆白矮星軌道上運(yùn)行的脈沖星，為在新的極端相對(duì)論狀態(tài)下，探索愛(ài)因斯坦的理論提供了一個(gè)獨(dú)特機(jī)會(huì)。目前這項(xiàng)研究的主要作者、斯溫本理工大學(xué)Vivek Venkatraman Krishnan博士被賦予了一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，即解開(kāi)系統(tǒng)中所有互相作用的相對(duì)論效應(yīng)。
研究發(fā)現(xiàn)，除非能讓軌道平面的方向逐漸改變，否則廣義相對(duì)論是沒(méi)有意義的。整個(gè)軌道的框架“拖動(dòng)'可以解釋其傾斜的軌道，其研究提出了令人信服的證據(jù)支持了這一點(diǎn)：表明廣義相對(duì)論仍然存在，并展示了它眾多預(yù)測(cè)中的又一項(xiàng)。這一結(jié)果對(duì)于團(tuán)隊(duì)成員貝爾斯、威廉·范·斯特拉滕（奧克蘭理工大學(xué)）和拉梅什·巴特來(lái)說(shuō)尤其令人高興，因?yàn)樗麄冏?1世紀(jì)初以來(lái)一直長(zhǎng)途跋涉到帕克斯64米射電望遠(yuǎn)鏡，耐心地繪制軌道圖，最終目的是研究愛(ài)因斯坦的理論。
馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所（MPIfR）的主要作者Vivek Venkatraman Krishnan說(shuō)：一開(kāi)始，這對(duì)恒星似乎表現(xiàn)出了愛(ài)因斯坦理論預(yù)測(cè)的許多經(jīng)典效應(yīng)，然后發(fā)現(xiàn)軌道平面的方向逐漸改變。脈沖星是宇宙的標(biāo)準(zhǔn)鐘，脈沖時(shí)間的任何偏差，都可能是由于脈沖星的運(yùn)動(dòng)或脈沖遇到電子和磁場(chǎng)造成。脈沖星計(jì)時(shí)是一項(xiàng)強(qiáng)大的技術(shù)，研究使用射電望遠(yuǎn)鏡的原子鐘來(lái)非常精確地估計(jì)來(lái)自脈沖星的脈沖到達(dá)時(shí)間。
脈沖星在其軌道上的運(yùn)動(dòng)調(diào)制了到達(dá)時(shí)間，從而使其能夠進(jìn)行測(cè)量。研究人員推測(cè)，至少在一定程度上，這可能是由于奧地利數(shù)學(xué)家倫斯和瑟林在1918年預(yù)測(cè)的那樣：所有物質(zhì)在有旋轉(zhuǎn)體存在的情況下，都會(huì)受到所謂的‘框架拖拽’，即引力的作用，也就是引力來(lái)自空間和時(shí)間的曲率。奧胡斯大學(xué)的托馬斯·陶里斯(Thomas Tauris)教授說(shuō)：在一對(duì)恒星中，第一顆坍塌的恒星，通常會(huì)因?yàn)槠浒樾堑馁|(zhì)量轉(zhuǎn)移而快速旋轉(zhuǎn)。
模擬研究幫助量化了白矮星自旋的大小，在這個(gè)系統(tǒng)中，整個(gè)軌道都被白矮星的自旋拖曳著。最早的軌道“框架拖拽”確認(rèn)之一，是在繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星上使用了四個(gè)陀螺儀，但在研究的天體系統(tǒng)中，這種影響要強(qiáng)1億倍。脈沖星是太空中的超級(jí)時(shí)鐘，強(qiáng)引力場(chǎng)中的脈沖星是愛(ài)因斯坦夢(mèng)寐以求的實(shí)驗(yàn)室。
科學(xué)家家一直在研究這個(gè)雙星系統(tǒng)中最不尋常的一個(gè)。把來(lái)自脈沖星的周期性光脈沖，當(dāng)作時(shí)鐘的滴答聲來(lái)對(duì)待，可以看到并解開(kāi)許多引力效應(yīng)，因?yàn)樗鼈兏淖兞塑壍罉?gòu)型，以及時(shí)鐘滴答聲脈沖的到達(dá)時(shí)間，在這種情況下，看到了Lense-Thirring進(jìn)動(dòng)。
博科園｜研究/來(lái)自：斯威本科技大學(xué)
參考期刊《科學(xué)》
DOI: 10.1126/science.aax7007
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