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新发现三体系统或可解释宇宙引力本质

2018-10-29 12:20:43

新发现三体系统或可解释宇宙引力本质

【科技讯】2月26日消息,据国外媒体报道,近日一个国际天文学家小组利用美国国家科学基金会(NSF)所属格林班克射电望远镜发现一个奇特的 三体 恒星系统,这个系统中包含两颗白矮星以及一颗拥有超高密度的脉冲星。这一发现或将帮助科学家们了解物理学中的一个基本问题,即引力的本质。

脉冲星是中子星的一种,随着它们的高速自转,它们发出的无线电波会像大海中的灯塔一样周期性的扫过周围空间。此次发现的这颗脉冲星距离地球约4200光年,自转速度是每秒366圈。这类脉冲星被归类为 毫秒脉冲星 ,天文学家们利用这类天体作为研究多种现象的精确计时工具,其中包括搜寻难觅踪迹的引力波。

后续的观测发现这颗脉冲星旁边还存在一颗白矮星,它们在轨道上相互绕转,而这对 双星 本身又在更远的距离上围绕另外一颗白矮星运转。

西肯塔基大学天文学家杰森 博伊尔(Jason Boyles)早在2012年在利用格林班克望远镜开展大范围巡天观测并搜寻脉冲星的过程中发现了这颗脉冲星目标,当时他还是该校的研究生。他说: 在发现这颗脉冲星之后我们开展了有规律的后续观测,试图了解其一些参数。随后我们在对其自转速度进行精密测定时发现它拥有一个复杂的轨道,这一情况只能用两颗白矮星的存在来解释。

另一名研究人员洛里密尔(Lorimer)表示: 这一三星系统为我们提供了远比以往任何案例都更好的天然实验室,从而让我们有机会观察一个三体系统究竟是如何运行的,甚至还将有望让我们进行物理学中处在极端环境下对爱因斯坦广义相对论的检验。

于是研究人员利用格林班克望远镜,位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜,以及位于荷兰的综合孔径射电望远镜开展了密集的观测研究工作。科学家们还调用了来自斯隆数字巡天(SDSS),GALEX卫星,亚利桑那基特峰WIYN望远镜,以及斯皮策空间望远镜的数据。

项目组成员麦克莱琳表示: 这个系统中每隔成员感受到来自其它成员的引力扰动是非常纯净且强烈的。这颗毫秒脉冲星为我们提供了一个强有力的测量工具,可以非常精确地被用于对这些扰动进行测量。

对这一 三体 系统开展研究所运用的方法原理可以追溯到牛顿在对地球-月球-太阳系统进行研究的时代,还加入了后来爱因斯坦对引力本质的深邃洞察,当然后者需要用到非常精确的测量手段。这一系统给了科学家们一个绝好的机会来检验对一项基本原理是否存在违反情形,即所谓 等效原理 。该原理指出,引力对一个物体的作用不取决于该物体的本质或其内部结构。

物理学家兰森(Ransom)表示: 尽管迄今为止爱因斯坦的广义相对论已经被无数的实验所验证,但它仍然无法与量子理论相互兼容。因此物理学家们预言在极端环境下广义相对论可能将会失效。而这一独特的,由致密星体构成的三体系统则为我们提供了这样一个机会,来观察对等效原理其中一个特定形式,即所谓 强等效原理 是否存在违反情形。

等效原理(equivalence principle),尤其是强等效原理,在广义相对论的引力理论中居于极重要的地位,根据强等效原理,稍远处外侧的那颗白矮星产生的引力影响,对于内侧的两颗星,即一颗中子星和一颗白矮星所产生的影响应当是一样的。而如果在这一极端情形下强等效原理失效,那么外侧那颗白矮星对内侧的中子星和白矮星施加的引力影响应当会存在轻微的差异,而高精度的脉冲星计时测量将能很轻易的显示出这一点。

项目成员斯特尔斯(Stairs)表示: 通过对这颗脉冲星发出的脉冲周期进行精确计时,我们将能够判断强等效原理是否出现了失效,我们测量的精度将会比此前进行过的任何测量都要高出几个数量级。 他说: 如果我们能找到一个违背强等效原理的案例,那将指引我们往正确的道路上前进,并终找出新的,对现有引力理论的改进版本。

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