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行星恒星知识百科:脉冲双星及引力波的验证

时间:2020-09-15    点击: 次    来源:986文章网    作者:佚名 - 小 + 大


  •   我们知道,带电物体在做加速运动时,都会发出电磁波(可见光是电磁波的一种)。爱因斯坦则认为,与此类比,任何物质只要它有质量(这也是必然的),当它在作加速运动时,也必然会发出引力波。遗憾的是,虽然爱因斯坦早在1918年就做出了这种科学预言,可因这种引力波实在太小了,即使像整个地球那样大的物体,所能发出的引力波也是微乎其微的,目前任何仪器都没有办法测出来。当然,当物质的质量足够大时,引力波就可以为人们所“见”了。正因为长期以来谁也没能与它打过交道,所以这个问题也使科学家们困惑了足足半个多世纪。

      毋庸多言,这又非天文学莫属了。只有天文学,只有浩瀚的宇宙,只有巨大的天体,才能提供检测引力波所需要的巨大的质量和与此关联的广阔空间。经过仔细选择,天文学家一致认为,最好的对象是一种“脉冲双星”。

      所谓脉冲双星,也是成双作对的双星中的一种。众所周知,恒星似乎与人一样,喜欢合群,宇宙中真正的“孤家寡人”并不多,估计只有1/3左右,最多不会多于1/2,所以在宇宙中就有许多双星。如果双星中至少有1颗子星是“脉冲星”,那它便可作科学家们的实验样品。

      现在知道,脉冲星与白矮星一样,也是恒星演化到晚年后的致密星之一,但它比白矮星的质量更大、半径更小、密度更密、磁场更强、自转更快。可想而知,脉冲星的引力一定也比白矮星更强,在其表面上,逃逸速度竟然大到200000千米/秒,光速的2/3(与此相比,地球上只有11.2千米/秒)!

      1974年,美国天文学家泰勒和他的研究生赫尔斯,首次发现了世上第一对脉冲双星PSR1913+16。这是一对极其罕见的脉冲双星,它的两颗子星都是脉冲星,彼此间的距离又相当近,只有200万千米,只相当于月地距离的5倍多一些,在天文学家眼里,这简直是近在咫尺,太近了,而绕转运动本身又正是一种加速运动,所以用它来检测引力波真是再理想不过了。

      为此泰勒他们付出了多年的心血,他们使用了直径达305米、世上最大的射电望远镜,进行了整整4年的仔细观测,以后又分析、计算、讨论了很长时间,终于得到了这两颗星的精确轨道,它们的绕转周期为0.322997462日,由于在发出引力波时要消耗能量,所以它们的轨道半径会逐渐变小,实测的变化率为2.422×10-12,这意味着每过一年,它互相绕一圈的时间将要增长0.0000764秒。这个来之不易的数字又与爱因斯坦理论所预言的值恰恰吻合。消息传出,世界一片欢呼,广义相对论又一次得到了证实。

      1990年,天文学家又找到了第二个较为理想的“样品”——PSB1534+12。这对脉冲双星也是由脉冲星构成的,2个子星的质量大致相等,均为太阳质量的1.4倍,彼此的绕转周期稍长,为0.42日,许多条件与前者大体相近,无疑又是一个天赐良机,后来也的确得到了同样的结论。现在这类脉冲双星已有了100多对,它们都为引力波的验证提供了有力的“证词”。
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