据国外媒体报道,一项新研究发现,时空围绕一颗死去恒星旋转的方式证实了爱因斯坦广义相对论的又一项预测。

爱因斯坦曾预言过一种名叫“参考系拖曳”的现象,又名冷泽-提尔苓效应,认为时空会围绕一个不断旋转的大质量物体转动。就好像把地球浸到蜂蜜中,随着地球自转、周围的蜂蜜也会被带着旋转一样。

卫星实验已经在地球自转的引力场中检测到了参考系拖曳现象,但这种效应极其微弱,很难测量。在白矮星和中子星等质量更大、引力场更强的天体周围,观察到这种现象的机会应该更大。

科学家将目标瞄准了PSR J1141-6545,一颗质量约为太阳1.27倍的年轻脉冲星。它位于苍蝇座中,靠近著名的南十字座,距地球约1万至2.5万光年。

脉冲星是一种快速旋转的中子星,会沿着磁极的方向向外发射射电波。(中子星是恒星在超新星爆发等剧烈爆炸中死去后留下的遗骸,其引力极大,足以将质子与电子挤压在一起、形成中子。)

脉冲星PSR J1141-6545围绕一颗质量与太阳差不多的白矮星旋转。白矮星是中等体积的恒星耗尽燃料死去后留下的内核部分,密度极大,体积则与地球差不多。我们的太阳有朝一日也会变成一颗白矮星,银河系中超过90%的恒星也会如此。

该脉冲星围绕白矮星旋转的轨道非常短,且公转速度高达每小时1百万公里,不到5小时便可转完一圈。轨道距白矮星非常近,距离最大处仅比太阳直径稍大一些。

在过去近20年间,研究人员一直在利用澳大利亚的帕克斯天文台和UTMOST射电望远镜测量该脉冲星发出的脉冲到达地球的时间,精确度在100微秒以内。他们借此发现,该脉冲星和白矮星围绕彼此旋转的方式发生了长期偏移。

在排除了其它可能的原因后,科学家们总结认为,该现象是参考系拖曳效应导致的:快速旋转的白矮星对时空造成了拖曳作用,进而导致脉冲星轨道的朝向渐渐发生了变化。根据参考系拖曳的程度,研究人员计算得出,这颗白矮星每小时会围绕轴线自转30次。

此前的研究显示,这颗白矮星形成的时间比脉冲星要早。该理论模型预测道,在形成脉冲星的那次超新星爆发发生前,该脉冲星的前体已经在约16000万年的时间里,向白矮星倾倒了相当于2万个地球那么重的物质,加快了白矮星的旋转速度。

“在PSR J1141-6545系统中,脉冲星比白矮星要年轻,这样的系统相当罕见。”研究人员指出,此次新研究“证实了一条约20年前提出的、有关此类双星系统如何形成的假说”。

研究人员指出,他们利用参考系拖曳现象,进一步了解了引发该现象的那颗不断旋转的恒星。未来他们还可以利用类似技术分析双中子星系统,进一步了解它们的内部组成。“我们观察双中子星系统已经有50多年了,但依然毫无头绪。”研究人员表示,“中子星内部的物质密度远高于能在实验室中实现的密度,因此如果能将该技术用来研究双中子星系统,我们一定能学到许多全新的物理知识。”

详细的研究结果已发表在1月30日的在线版《科学》期刊上。(叶子)