精確觀測脈衝星軌道讓廣義相對論更屹立不搖

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 05 日 10:50 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


脈衝星是宇宙穩定發射高功率輻射的天體,來源為大質量天體塌縮後留下的緻密核心「中子星」,高速自轉伴隨偏離自轉軸強大磁場,兩側磁極產生不斷改變方向的高能噴流,就像茫茫宇宙大海的燈塔不斷掃視。

中子星系統最適合以電磁波檢視強重力場,重力波存在的第一個間接證據便是1974年普林斯頓大學拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒,於雙星系統脈衝星軌道衰減發現。因緻密雙星互繞會輻射可觀重力波,帶走雙星系統的角動量,且觀測脈衝雙星軌道衰減也很符合廣義相對論計算。

不過16個已確認的脈衝雙星系統,PSR J1537+1155軌道衰減測量結果與廣義相對論預測相差達9%,遠大於其他系統差異。主要問題可能在於PSR J1537+1155高自行導致距離不確定性,過去脈衝星距離主要估算是利用廣義相對論,如果想檢驗廣義相對論,科學家得先找到別的方法確定PSR J1537+1155的距離。

2021年11月發表於天文物理期刊通訊(ApJL)的文章,有研究團隊使用最傳統卻最有效的方法估算此系統距離:三角視差法。由於地球每年繞日公轉,每半年會在相隔3億公里處,如果望遠鏡的角解析力夠,便可利用這位置差非常有效算出天體的距離。團隊使用超長基線陣列(VLBA),最大長度超過8,600公里,結合六年觀測結果,獲得此脈衝星系統的最精確距離:3,066光年。

透過最新測量,PSR J1537+1155軌道衰減的結果和廣義相對論的分歧縮小​​到只有2.3%,解決一直以來的問題,讓廣義相對論對強重力場的準確性更難以撼動。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:Michael Kramer / Jodrell Bank Observatory, University of Manchester)