消失的脈衝星射電輻射驗證廣義相對論

【新唐人北京時間2019年09月11日訊】科學家利用脈衝星磁極發出的射電輻射,檢驗了極端物理條件下的廣義相對論效應。這篇論文發表於2019年9月6日的《科學》雜誌。

據phys.org報導,脈衝星是快速旋轉的中子星,其質量略大於太陽,但是直徑僅約20公里,是一種非常緻密的天體。 它們具有極強的磁場,並沿其磁軸在其相對的磁極上方發射一束射電波。 由於它們的自轉非常穩定,發射的射電輻射就像燈塔旋轉一樣造成脈衝。

由於脈衝星磁場極強並且非常緻密,天文學家嘗試利用其測定極端物理條件下的廣義相對論效應。

研究觀測的目標是一顆年輕的脈衝星,編號為PSR J1906+0746,旋轉周期為144毫秒。它同時圍繞著另一顆中子星公轉,周期大約4小時,其軌道非常接近銀河系的平面。

「PSR J1906+0746是一個獨特的實驗室,我們可以同時測定射電脈衝發射機制並測試愛因斯坦的廣義相對論。」文章第一作者、德國馬克斯普朗克射電天文學研究所(MPIfR)的研究員格雷戈里·德雲(Gregory Desvignes)說。

該研究小組使用305米的Arecibo射電望遠鏡,以1.4GHz的頻率在2012年至2018年持續觀測這顆脈衝星,並且補充了2005年至2009年間Nançay和Arecibo射電望遠鏡的檔案數據。最終,研究小組獲得了從2005年7月到2018年6月的47個時間段觀測數據。

研究小組注意到,一開始脈衝星南北兩極的脈衝都是可見的,每個周期北極和南極光束都會指向地球一次。隨著時間的推移,北極光束消失,只有南極光束仍然可見。通過分析輻射的偏振信號,研究小組測定了脈衝星的幾何結構。這些結論完美符合廣義相對論的預測。

「Pulsars可以提供獨特的引力測試,」該研究的合作者、加拿大不列顛哥倫比亞大學(University of British Columbia)的英格瑞德﹒史泰爾斯(Ingrid Stairs)教授說,「這項研究就是一個很好的例子。」

此外,該團隊可以預測PSR J1906+0746兩極射電光束的消失和再現。南極光束將在2028年左右從視線中消失,並在2070年至2090年之間重新出現。北極光束將在2085年至3105年左右再次出現。

這項為期14年的實驗還為脈衝星本身的物理機制提供了令人興奮的新信息。該團隊意識到我們的視線已經越過了南北方向的磁極,不僅可以收到磁極光束,還可以研究磁極上方的射電發射條件。

「令人非常欣慰的是,幾十年後,我們的視線首次穿過脈衝星的磁極,證明了1969年提出的模型的有效性,」文章合作者、北京大學科維理天文學和天體物理學研究所(Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics)的李柯伽教授解釋道,「而光束形狀本身卻是意外地不規則。」

「我們花了很長時間才完成實驗,」MPIfR的射電天文學基礎物理學研究部主任邁克爾﹒克萊默(Michael Kramer)總結道:「可惜的是,現在學術界都追求快速出成果。而這個脈衝星研究教給我們很多,耐心和勤奮真的得到了回報。」

──轉自《大紀元》(記者蕭路綜合報導)

(責任編輯:葉萍)

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