正如科學家們所想的那樣,時空確實被巨大的旋轉體攪動著。
一項新的研究發現,圍繞死星的宇宙漩渦中時空漩渦的結構,再次證實了愛因斯坦廣義相對論的預測。
這種預測是一種稱爲幀拖動或Lense-Thirring效應的現象。它指出時空將圍繞一個巨大的旋轉體旋轉。例如,想象地球被蜂蜜淹沒。當行星旋轉時,它周圍的蜂蜜會旋轉——時空也是如此。
衛星實驗已經探測到地球自轉引力場中的框架拖曳,但其影響非常小,因此一直是一個難以測量的問題。具有更大質量和更強大引力場的物體,如白矮星和中子星,提供了更好的機會看到這種現象。
科學家們關注的是PSRJ1141-6545,一顆年輕的脈沖星,其質量約爲太陽的1.27倍。脈沖星位于距地球1萬至2.5萬光年的蒼蠅星座,靠近著名的南十字星座。
脈沖星是一種快速旋轉的中子星,它沿著磁極發射無線電波。(中子星是在被稱爲超新星的災難性爆炸中死亡的恒星的屍體;這些殘余物的引力足以將質子和電子一起粉碎形成中子。)
PSRJ1141-6545環繞著一顆質量與太陽差不多的白矮星。白矮星是死星的超致密地球大小的核心,在一般大小的恒星耗盡燃料並脫落外層後留下。我們的太陽終有一天會變成白矮星,我們銀河系90%以上的恒星也會變成白矮星。
在波恩最大的普朗克射電天文學研究所的天體物理學家Vivek Venkatraman Krishnan的研究報告中,脈沖星繞著白矮星在一個不到5小時長的緊湊、快速的軌道上運行,以大約620000英裏/小時(100萬公裏/小時)的速度飛過,最大的間隔是幾乎不超過太陽大小的恒星。德國,告訴Space.com。
研究人員利用澳大利亞的帕克斯望遠鏡和極限射電望遠鏡,在近20年的時間裏,測量了脈沖星的脈沖到達地球的時間,精確到100微秒以內。這使得他們能夠探測到脈沖星和白矮星相互環繞軌道的長期漂移。
在排除了造成這種漂移的其他可能原因後,科學家們得出結論,這是框架拖動的結果:快速旋轉的白矮星對時空的拉動方式,導致脈沖星的軌道隨著時間的推移而緩慢地改變其方向。根據幀拖動的水平,研究人員計算出白矮星在其軸上每小時旋轉30次。
先前的研究表明,白矮星在這個雙星系統中形成于脈沖星之前。這種理論模型的一個預測是,在脈沖星形成超新星之前,脈沖星的前身在大約16000年的時間裏將價值近20000個地球質量的物質抛到白矮星上,從而提高了白矮星的自轉速度。
“像PSRJ1141-6545這樣的系統,脈沖星比白矮星年輕,是相當罕見的,”文卡塔拉曼克裏希南說。這項新的研究“證實了一個關于這個二元系統是如何形成的長期假設,這是20多年前提出的。”
研究人員注意到,他們用框架拖動的方式來洞察造成這一現象的旋轉恒星。他們說,未來他們可以使用類似的方法來分析雙星中子星,以進一步了解它們的內部組成,“即使經過50多年的觀察,我們還沒有掌握它們的內部組成,”文卡塔拉曼克裏希南說中子星內部的物質密度遠遠超過實驗室所能達到的水平,因此利用這項技術將中子星系統加倍,可以學到大量新的物理學知識。”
科學家們今天(1月30日)在《科學》雜志的網上詳細介紹了他們的發現。