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重力

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相对论通过了脉冲星测试

11 Jul 2001

在对附近的脉冲星进行了高度精确的无线电研究之后,已经观察到爱因斯坦的广义相对论的一个关键预测-“ Shapiro延迟”。该理论预测,穿过宇宙的相对论性畸变应该会阻止流过宇宙的辐射脉冲。澳大利亚斯威本科技大学的威廉·范·斯特拉滕(Willem van Straten)及其同事在帕克斯天文台(P. 2001 性质 412 158).

脉冲星正在迅速旋转中子星,这些中子星是通过它们发出的辐射束而得名的,辐射束对静止的观测者来说是脉冲。二元脉冲星–脉冲星绕另一个物体飞行的系统–发射非常规则的辐射脉冲,因为它们的轨道和自转周期极为规则。这些特性使它们成为探测广义相对论影响的极佳工具。

PSR J0437-4715距地球450光年,是已知最接近的二进制脉冲星,其中脉冲星绕白矮星运行。由于其相对于地球的运动,它的接近度使天文学家可以从不同角度测量其无线电输出。范·斯特拉滕(van Straten)及其同事使用这种几何方法计算了三维脉冲星的轨道。这也揭示了系统的质心,研究小组据此计算了脉冲星和白矮星的质量。

接下来,范·斯特拉滕(van Straten)及其同事研究了到达地球的无线电脉冲的模式变化。如果在整个脉冲星的轨道周期内发射的脉冲在到达地球的过程中经过了相同的空间区域,则它们都应以相等的间隔到达。

但是在消除几何影响之后,范·斯特拉滕(van Straten)’的团队发现,当二元系统的平面在其视线范围内时,脉冲需要更长的时间才能到达。相反,在查看平面时‘face on’,脉冲没有延迟。出现这种现象是因为当飞机处于‘edge on’,来自脉冲星的信号会通过一个空间区域,该空间区域会因白矮星的重力而失真。这种失真意味着信号走到地球的路径更长,因此到达的时间更晚。这是夏皮罗的延迟。

广义相对论还指出,二元系统应逐渐减速,并以引力波的形式散发多余的旋转能量。在先前的实验中已经观察到这种预计的轨道周期增加,但是迄今为止,检测引力波的尝试都失败了。观测到的Shapiro延迟的长度与二元系统应通过引力波损失的能量数量一致。

“据我们所知,这种对预测的时空失真的验证是第一个确认–太阳系外–其中轨道倾角独立于广义相对论而确定”, say the authors.

该研究还意味着,脉冲星PSR J0437-4715具有任何天文物体中最准确的位置。现在已知该系统表现出Shapiro延迟,它很可能会成为许多宇宙学研究的主题。

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