一顆攪動(dòng)時(shí)空的白矮星。
白矮星高速自旋產(chǎn)生的“慣性系拖曳”效應(yīng)。Mark Myers / ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)
愛因斯坦廣義相對論預(yù)言，質(zhì)量很大的物體在時(shí)空中轉(zhuǎn)動(dòng)會產(chǎn)生一種名為“慣性系拖曳”的效應(yīng)（Lense-Thirring frame dragging effect），它們會像落入糖漿的球一樣，攪動(dòng)其周圍的時(shí)空結(jié)構(gòu)。
科學(xué)家曾經(jīng)利用人造衛(wèi)星在地球周圍檢測這種效應(yīng)，但地球的質(zhì)量太小，以致于產(chǎn)生的效應(yīng)微乎其微。而在白矮星和中子星這些質(zhì)量大得多，引力場也強(qiáng)得多的天體身上，情況就不一樣了。
最近科學(xué)家在一顆極端天體身上探測到了這種效應(yīng)。這是一顆質(zhì)量大約為太陽1.27倍的脈沖星，名叫PSR J1141-6545，位于南十字附近的蒼蠅座，距離地球大約1萬光年至2.5萬光年。
脈沖星是高速自旋的中子星，它們能夠沿著兩極，在指向地球的方向上釋放射電波。而中子星是大質(zhì)量恒星爆發(fā)成為超新星后遺留下來的殘骸。中子星物質(zhì)的密度極高，這導(dǎo)致它的引力強(qiáng)大到足以使原子核內(nèi)的質(zhì)子和電子結(jié)合在一起變成中子。
PSR J1141-6545和一顆質(zhì)量和太陽差不多的白矮星互繞運(yùn)行。白矮星是中小恒星死亡之后殘留下來的致密內(nèi)核，體積和地球相當(dāng)。銀河系中90%的恒星死后都會變成白矮星。
這顆脈沖星沿著一個(gè)半徑非常小的軌道，以5小時(shí)為周期環(huán)繞白矮星運(yùn)行。其軌道運(yùn)行速度高達(dá)每小時(shí)100萬千米，而兩者之間的平均距離只比太陽的直徑稍大。
研究人員以100微秒的精度，記錄了這顆脈沖星近20年內(nèi)的所有脈沖信號，并比較了每一個(gè)脈沖的間隔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中隱藏著微妙的變化。
在排除了其他可能之后，科學(xué)家相信，這種變化是由“慣性系拖曳”效應(yīng)帶來的。快速自旋的白矮星在時(shí)空中產(chǎn)生的拖曳效應(yīng)，導(dǎo)致脈沖星在其公轉(zhuǎn)過程中，緩慢地改變著姿態(tài)。而根據(jù)這種效應(yīng)的強(qiáng)度，研究員推算出白矮星的自旋速度大約是每小時(shí)30圈。
先前的研究結(jié)果認(rèn)為，在這對天體系統(tǒng)中，白矮星是先于脈沖星形成的。這顆脈沖星的先祖恒星在爆發(fā)成為超新星前，在大約16000年的時(shí)間內(nèi)，向白矮星輸送了大約相當(dāng)于20000個(gè)地球質(zhì)量的物質(zhì)，這可以解釋它的自轉(zhuǎn)速度為什么這么快。
像這樣脈沖星比白矮星年輕的雙星系統(tǒng)在宇宙中是相當(dāng)罕見的。研究人員表示，利用“慣性系拖曳”效應(yīng)，科學(xué)家可以對雙中子星系統(tǒng)進(jìn)行分析，并進(jìn)一步認(rèn)識中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
相關(guān)論文發(fā)布在1月30日的《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。
