m脉冲星与引力波预言

      

脉冲星与引力波预言

张承民

       在地球上和太阳系里，爱因斯坦广义相对论的四个预言相继得到验证，包括光线在引力场偏折，近星点进动，引力红移，雷达回波延迟。2016年，引力波的直接证据被美国激光干涉引力波天文台（LIGO）所证实。这直接证实了爱因斯坦的另一预言，即引力波的存在。而在此之前，脉冲星方面的研究，可谓验证此预言的前奏。

　　1974年，天文学家采用脉冲星双星系统间接展示了轨道收缩现象，激动人心的消息来自美国波多黎各山谷的阿雷西博天文台，这里安装了当时世界最大的单口径（300米）射电望远镜。普林斯顿大学天文学家泰勒和赫尔斯首次发现脉冲星双星系统PSR1913+16。此发现是一个天赐良机，可用它来检验爱因斯坦关于引力波的预言。双星绕转运动将辐射引力波，导致能量和角动量损失，双星轨道收缩。这个效应很小，无法在太阳系测到，但在脉冲星双星系统应当可以测到——对于脉冲星双星系统，其轨道收缩量每年几个厘米，就可以由射电望远镜测量出来。脉冲星双星系统PSR1913+16由两颗中子星组成，其中一颗发射脉冲信号，它们轨道周期为7.75小时，通过对其周期变率的测定后得到与爱因斯坦理论预言符合的结果。

　　此消息一经传出，世界为之轰动，在地面上不易验证的爱因斯坦理论，在遥远的脉冲星系统找到了证据。这好比由牛顿关于苹果下落的猜想，而印证月球围绕地球转动的理论。为此，泰勒和赫尔斯获得了1993年度诺贝尔物理学奖。因一种天体而颁两次诺贝尔奖，绝无仅有——此前，已经有科学家因脉冲星的发现获过诺贝尔物理学奖。

　　2004年，天文学家又取得了突破性进展。澳大利亚帕克斯64米口径天文望远镜发现了一对互相绕行的脉冲星，命名为PSRJ0737-3039A/B，它距离地球2000光年。它们轨道周期仅为2.4小时，相距100万公里的这两颗中子星都发射电磁波，这是已知的唯一一对相互环绕的可观测射电脉冲双星系统。与先前发现的脉冲双星相比，PSRJ0737-3039A/B轨道周期更短，引力辐射更强，是一个优越的引力波实验室。美国GBT望远镜（100米口径）对双脉冲星长达三年的精确测量，得到双星的间距以每天7毫米的速度变小，这与广义相对论引力波预言的结论一致；其测量误差在0.05%以内，这是目前为止对广义相对论最精确的检验。