脈衝星的伴星轉速有多快?時空的扭曲程度會告訴你

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 08 日 0:00 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


愛因斯坦的相對論有許多奇怪結果,對高速旅行的人來說,時間走得更慢,像太陽這類巨大的星體會扭曲所在的時空,導致光行走的路徑在它們周圍「彎曲」。其中最有趣的概念是「拖曳」,當巨大的星體旋轉時,如同芭蕾舞者旋轉時,裙子也跟著旋轉,這種效應在地球這類小行星周圍比較小,但在更大、更快速旋轉的星體周圍就會很明顯。現在,天文學家已經使用「拖曳效應」進行以前不可能的測量,確認了先前關於獨特歷史的線索,並觀察一顆白矮星的旋轉速度,結果發表在 1 月 31 日的《科學》期刊。

白矮星是名為 PSR J1141-6545 的雙星系統一部分,位於南方蒼蠅座,快速旋轉的白矮星伴隨一顆中子星,這兩顆星的命運中,白矮星先形成,中子星隨後形成。這兩次恆星死亡事件之間,來自恆星的質量最終會爆炸,產生脈衝流到白矮星,導致比其他情況轉得更快。白矮星旋轉的速度到底有多快?研究人員表示這極難測量,因為微小的殘留物太微弱,天文學家無法用一般方法測量白矮星的旋轉速度,幸運的是,白矮星並不是這星系唯一的特殊天體,中子星同時也是一顆脈衝星,這意味著它自轉時,從兩極向太空發射輻射。當光束掃過地球,科學家們能用電波望遠鏡探測到它們;根據每次脈衝抵達地球的時間,研究人員可確定脈衝星的旋轉速度,以及在太空的移動方式。

▲ 雙星系統中,小顆為脈衝星、大顆是白矮星,過去我們只能直接測量脈衝星的轉速。

結果證實,脈衝星附近時空會受白矮星伴星的旋轉渦流影響,藉此,研究小組利用脈衝星在受影響時空的運動,研究白矮星的旋轉速度。科學家透過觀察地球周圍衛星的軌道如何隨時間變化,來測量地球周圍的拖曳力,我們不可能將人造衛星發射到白矮星的軌道,取而代之的,研究團隊計算自脈衝星發現以來 20 年內的所有脈衝星軌道資料,這些軌道的改變多少都需要一些拖曳力(註)。

研究人員使用原子鐘校正時間,以確定脈衝星的亮點時間,並計算軌道進動數值約偏離了 93 英哩(約 150 公里)。從這變化終於能算出白矮星的旋轉速率:一圈大約 100 秒。這證實了白矮星質量上拉動了伴星,並早在脈衝星形成前就轉了起來,也給研究人員更多關於此系統的資訊。

註:有點像用手臂轉呼拉圈──呼拉圈離手臂最近、最遠的地方可以改變,但呼拉圈的形狀和大小不會改變

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為脈衝星示意圖;來源:pixabay

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