脈衝星的伴星轉速有多快？時空的扭曲程度會告訴你

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。