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“宇宙之舞”拖曳时空 双星系统首次证实相对论参考系拖曳

发布时间:2020-02-07 14:09:45  来源:澳洲幸运5分彩开奖走势图  作者:admin 查看:

这场“世界之舞”,拖曳了时空

——双星体系初次证明相对论参考系拖曳

今天角度

一个多世纪曾经,爱因斯坦提出广义相对论,这以后许多物理学家猜测了广义相对论能够导致的其他效应——参考系拖曳便是其间之一。这也是广义相对论的一种“较强的”试验验证办法。

百年曩昔,广义相对论不断在世界大标准上得到验证,但参考系拖曳却一向没有被证明。但是,近来美国《科学》杂志宣布了一项由澳大利亚斯威本科技大学领导的团队的研讨,天文学家们经过20年的追寻,从一对儿稀有的细密恒星中首度证明了参考系拖曳效应。

相对论与参考系拖曳

对现代物理学影响最深远的理论之一,广义相对论,诞生于1916年。它描绘了物质间引力相互作用,并初次把引力场解说成时空的曲折。

现在,理论和科学仪器的前进,导致与广义相对论有关的更深远研讨都能够被证明。比如2016年引力波的发现;2019年超大质量黑洞的第一张图画发布。

但惋惜的是,参考系拖曳并没得到验证。

在广义相对论理论宣布3年后,两位奥地利物理学家约瑟夫·伦斯和汉斯·特林意识到:依照爱因斯坦的推理,一个大质量天体,如地球,会让周围的时空歪曲,一同天体的重力会拖着时空一同旋转。这种现象便是参考系拖曳,或称为惯性系拖曳。

在日常日子中,这种影响微乎其微,简直无法发觉。但关于自转的大质量天体来说,应该都会对周围的时空发生拖曳效应。

这就比如将一根棒棒糖放进满是糖浆的碗里,当咱们坚持住棒棒糖方位不动并快速滚动棍子,周围的糖浆都会跟着搅动,这是由于被摩擦力带动,而天体周围,拖曳时空的是引力场。

太难观测了

虽然方针是大质量天体,但参考系拖曳依然十分弱小。一个世纪曩昔,科学家依然无法从世界中寻觅到该效应的蛛丝马迹。

从上世纪90年代到本世纪初,美国国家航空航天局的科学家曾尝试用极端活络的仪器,去检测地球自转发生的时空拖曳。为此,NASA先后启动了激光地球动力学卫星试验以及耗资7.5亿美元的引力勘探B试验,经过陀螺仪手法寻觅该效应。最终,引力勘探B试验成功地再次验证了广义相对论的预言,而众所等待的参考系拖曳效应的信号强度,则和当时的噪声强度处于同一量级,并没有契合猜测的量级。

其实在众多星空中,咱们的家乡地球只是一个质量小、转速慢的行星,它的参考系拖曳效应太弱小了些。鉴于此,天文学家开端将方针放得更宽——例如一些高速旋转的大质量星体。

所以在1999年,澳大利亚天文学家经过帕克斯射电望远镜,确定了2000光年外的南十字星座的一对儿演绎“世界之舞”的双星。

该体系名为PSR J1141-6545,由一颗白矮星和它的伴星脉冲星组成。其间,白矮星的质量为地球的30万倍,脉冲星的质量则约为40万倍,但脉冲星的直径才20千米,只是与一座城市差不多。

百亿亿千米外的引力试验室

世界中真的是有太多的天然引力试验室了。一旦确定了方针,天文学家就打开长时间耐心肠观测。他们发现,这颗白矮星的自转周期只要几分钟,高速旋转的白矮星发生的坐标系拖曳效应,是地球的1亿倍之多。

但这个效应仍是不足以让地球上的望远镜观测到。幸亏,这儿还有一颗绕白矮星运转的脉冲星。

脉冲星其实便是快速旋转的中子星。咱们看这颗脉冲星的体积和质量比有多么难以想象,就知道它的密度有多可怕——约为地球密度的1000亿倍。更重要的是,它每分钟能够旋转150次。

关于地球上的咱们而言,它就像一个精准的时钟、一个会发射信号的灯塔,经过记载脉冲何时抵达望远镜,地球上的科学家就能够制作出脉冲星环绕白矮星运转的途径,一旦信号距离呈现改变,就意味着脉冲星的运转轨迹有所偏移。而这样的偏移,刚好便是寻觅参考系拖曳的最佳切入点。

总算,经过一遍遍测绘脉冲星轨迹,团队发现了弱小的偏移。但考虑到还可能有其他要素发生了相似影响,团队又加入了数据处理,从信号中筛去其他要素的搅扰,区分出了轨迹平面方向长时间性、逐步性的改变,这已经是其他效应无法解说的了。

计算机模仿随后证明,这对双星的诞生进程契合估测。这项耗时20年的研讨,总算为一个困扰了物理学一百年的猜测,供给了最精准的天文学验证。

团队成员表明,这一发现,让他们一切深夜和清晨的支付,都变成“值得”。

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