天文學(xué)家利用歐南臺的甚大望遠鏡和全世界的射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)和研究了一對恒星，這對恒星由最大質(zhì)量中子星和繞它轉(zhuǎn)的白矮星組成。
藝術(shù)家印象中的脈沖星PSR J0348+0432及其白矮星伴侶。影像提供：ESO/L. Calcada
這對奇怪的新的雙星系統(tǒng)使得愛因斯坦的廣義相對論的驗證方式有了全新的方式。到目前為止，新觀測和廣義相對論的預(yù)言精確吻合，和其它理論卻不一致。這些結(jié)論發(fā)表在2013年4月26日的《科學(xué)》上。
一個國際團隊發(fā)現(xiàn)了一個異常的雙星系統(tǒng)，包含一顆微小然而異常重的中子星，每秒鐘自轉(zhuǎn)25次，每兩個半小時繞白矮星轉(zhuǎn)一圈。中子星是輻射射電波的脈沖星，地球上的人利用射電望遠鏡能夠發(fā)現(xiàn)它。雖然這對異常的恒星非常有意義，也是驗證物理理論極限的獨特的實驗室。
這顆脈沖星被命名為PSR J0348+0432，是超新星爆發(fā)的殘余。它是太陽的兩倍重，但只有20公里寬。它表面的引力比地球上的強3千億倍，在它的中心每立方體積內(nèi)擠壓著10億噸物質(zhì)。它的伴侶白矮星也很特異，是一顆輕得多的恒星失去其大氣并緩慢地變冷后的發(fā)光的殘余。
“我在用歐南臺的甚大望遠鏡觀測這個系統(tǒng)，尋找白矮星輻射出的光的變化，這些變化由它繞脈沖星的運動引起，”約翰·安東尼阿迪斯說，他是位于波恩的馬克普朗克射電天文學(xué)研究所（MPIfR）的博士生，是論文的第一作者?！翱焖俚膶嵉胤治鲎屛乙庾R到這顆脈沖星相當(dāng)重。它的重量是太陽的兩倍，使得它成為迄今已知的最大質(zhì)量的中子星，也是研究基本物理學(xué)的完美的實驗室。”
愛因斯坦的廣義相對論解釋引力為由于物質(zhì)和能量的存在造成的時空彎曲的結(jié)果，自從一個世紀(jì)前發(fā)表以來，經(jīng)受住了所有驗證。但它不是最終的解釋，最終必然失效。
物理學(xué)家設(shè)計并建立了其它引力理論，這些理論做出的預(yù)言和廣義相對論的預(yù)言不同。這些差異只有在極端強大的引力場情況下才會顯現(xiàn)，在太陽系內(nèi)不會發(fā)現(xiàn)。就引力而言，PSR J0348+0432是一顆真正極端的天體，甚至和已經(jīng)在高精度驗證中使用過的其它脈沖星比較。在那樣強大的引力場內(nèi)，物質(zhì)的小增加能導(dǎo)致天體周圍的時空的大變化。至今，天文學(xué)家仍然不知道在那樣大質(zhì)量的中子星PSR J0348+0432存在的情況下將會發(fā)生什么事情。這奉獻了一個獨特的機會把驗證推向新的領(lǐng)域。
這個國際團隊綜合甚大望遠鏡對白矮星的觀測以及射電望遠鏡對脈沖星的非常精確的觀測。那樣密近的雙星系統(tǒng)輻射引力波并損失能量。這引起軌道周期非常微小的變化，廣義相對論對這種變化的預(yù)言和其它理論的預(yù)言是不同的。
“我們的射電觀測如此精確，我們已經(jīng)能夠測量軌道周期每年8百萬分之一秒的變化，和愛因斯坦的理論預(yù)言精確吻合，”保羅·夫勒熱宣稱道，他是另一位團隊成員。
這只是對這顆獨特天體的細(xì)節(jié)研究的開始，天文學(xué)家將利用它在更高的精度上驗證廣義相對論。
