發信人: tandem.bbs@ptt.cc (天燈) 看板: astronomy
標  題: [情報] 破記錄雙星系統驗證通過愛因斯坦相對論
發信站: 批踢踢實業 (2013/05/05 Sun 22:55:37)

http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1026

破記錄雙星系統驗證通過愛因斯坦相對論的正確性

　　天文學家利用歐南天文台（ESO）超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）、威廉
赫歇爾望遠鏡（William Herschel Telescope）及Effelsberg、Arecibo和Green Bank等
電波望遠鏡發現一對雙星系統，由一顆中子星和一顆白矮星所組成，其中的中子星質量打
破記錄，成為迄今已知質量最大的中子星。這些天文學家藉由觀測資料測試愛因斯坦廣義
相對論的正確性，發現基本上都符合相對論的預測，但與其他幾個理論抵觸，因此可以剔
除這些不符的理論了。相關論文發表在2013年4月26日出版的科學期刊（Science）。

　　中子星是超新星爆炸的殘骸，這對雙星中的中子星編號為PSR J0348+0432，每秒可自
轉25圈，與白矮星伴星互繞週期約為2.5小時，地球上可觀測到這顆中子星發出的規律輻
射，因此這顆中子星是一顆所謂的波霎（pulsar）。電波望遠鏡所觀測到的這對雙星電波
訊號基本上都來自這顆波霎。經估算，這顆中子星的質量約為2倍太陽質量，直徑則僅約
20公里，這使得PSR J0348+0432的表面重力強達地球表面的3000億倍以上，且中子星的核
心密度高達每立方公分10公噸以上（比較：水的密度為每立方公分1公克，太陽核心密度
約每立方公分150~160公克）。

　　至於雙星中的白矮星沒這顆PSR J0348+0432這麼極端，它是由質量比較小的恆星演化
到生命末期，遺失原本的大氣層後的恆星殘骸，由於失去核融合提供能量，因此會隨時間
逐漸冷卻。德國波昂普朗克電波研究所（Max Planck Institute for Radio Astronomy，
MPIfR）John Antoniadis原本是透過VLT研究白矮星發出的輻射被波霎影響而產生的變化。
結果初步分析時意外發現這顆波霎居然高達2倍太陽質量，是目前為止已知質量最大的中
子星，是測試基本物理的最佳實驗室。

　　愛因斯坦百年前提出的廣義相對論中，以質量和能量產生的時空曲率來解釋重力現象
，從發表到今日已經過無數挑戰與測試，但如果沒辦法堅持到最後，這個理論也還是會被
打破。物理學家發展出不同的重力理論，所得預測結果與相對論不同。在某些有你無我的
極度矛盾中，這些差異只會在極強的重力場中才能見真章—在極強的重力場中，質量只需
增加一點點，其時空曲率的改變就會很大；然而，太陽系內完全無法提供有這種條件的環
境，讓物理學家們因為無法驗證而心癢難耐。大質量中子星PSR J0348+0432的發現，無疑
提供了物理學家一個獨特的機會進行這項殘酷的測試。

　　Antoniadis等人將VLT的白矮星觀測資料，和其他電波望遠鏡進行的PSR J0348+0432
波霎精確計時資料予以綜合。這類密近雙星會輻射重力波後流失能量，導致軌道週期緩慢
改變。廣義相對論和其他重力理論對於這個軌道週期改變的預測結果不同。Antoniadis等
人分析資料後發現：由於電波訊號非常精確，他們估算軌道週期改變量約為每年800萬分
之一秒，與廣義相對論預測的相符，因此他們給出結論：廣義相對論是正確的。這與利用
第一個雙星波霎PSR B1913+16進行測量的Joseph Hooton Taylor, Jr.和Russell Hulse所
得結論相同，而Taylor兩人更因這項研究獲得1993年的諾貝爾物理獎。

　　到目前為止，還沒有其他重力理論能扳倒廣義相對論。不過可別以為物理學家們會就
此放棄挑戰愛因斯坦，Antoniadis等人打算繼續監測這對雙星，以便能更精密的測量軌道
週期變化，看看愛因斯坦是否繼續保持他不敗的地位。

--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) 
◆ From: 175.181.108.200