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这场持续16年的实验让广义相对论的有效性达到了一个新的水平

科学探索万象经验2023-05-08

该团队公布了他们16年来的观测数据,引力学界一直在等待这一更新,因为较早的一项研究(仅基于2.5年的数据)表明,脉冲星对是强场引力的一个极好试验台。新的扩展数据集并没有让人失望,它不仅将先前引力测试的精度提高了几个数量级,而且还启用了一些新的测试。爱因斯坦的广义相对论以优异的成绩通过了所有这些挑战。

当脉冲星位于双星系统中时,射电望远镜的脉冲到达时间会被双星的轨道运动以一种特有的方式改变。在数年到数十年的过程中,对这些到达时间进行精确测量,可以检测到轨道运动的微小变化。例如,对赫尔斯-泰勒脉冲星(第一个已知的包含脉冲星的双星)的观测揭示了轨道半径的缩小和公转的加速,这是轨道能量被引力波辐射损失的证据。

双脉冲星观测最重要的结果是对爱因斯坦广义相对论中描述引力波发射造成能量损失的四极公式的检验。为了提高引力波能量损失的精确度,最新观测结果校正了脉冲星相对于太阳运动的影响以及脉冲星电磁辐射损失导致的旋转减慢,最后的精度比获得诺贝尔奖的赫尔斯-泰勒脉冲星高25倍,比LIGO探测到的中子星碰撞高1000倍。

除了四极公式测试,研究团队还显著提高了其他引力测试的精度,比如夏皮罗延迟效应测试,即弯曲的时空使无线电信号传播更长时间。此外,该团队还进行了在双脉冲星上从未进行过的相对论测试,例如,他们测量了轨道的相对论变形、脉冲星自转与其轨道运动之间的相对论自旋轨道耦合,以及脉冲星弯曲时空中的无线电信号偏转。所有的测量结果都完美地符合爱因斯坦广义相对论的预测。