脉冲双星及引力波是如何验证的?

发布网友发布时间：2022-05-17 03:28

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热心网友时间：2023-09-28 05:29

我们知道，带电物体在做加速运动时，都会发出电磁波（可见光是电磁波的一种）。爱因斯坦则认为，与此类比，任何物质只要它有质量（这也是必然的），当它在作加速运动时，也必然会发出引力波。遗憾的是，虽然爱因斯坦早在1918年就做出了这种科学预言，可因这种引力波实在太小了，即使像整个地球那样大的物体，所能发出的引力波也是微乎其微的，目前任何仪器都没有办法测出来。当然，当物质的质量足够大时，引力波就可以为人们所“见”了。正因为长期以来谁也没能与它打过交道，所以这个问题也使科学家们困惑了足足半个多世纪。

毋庸多言，这又非天文学莫属了。只有天文学，只有浩瀚的宇宙，只有巨大的天体，才能提供检测引力波所需要的巨大的质量和与此关联的广阔空间。经过仔细选择，天文学家一致认为，最好的对象是一种“脉冲双星”。

所谓脉冲双星，也是成双作对的双星中的一种。众所周知，恒星似乎与人一样，喜欢合群，宇宙中真正的“孤家寡人”并不多，估计只有1／3左右，最多不会多于1／2，所以在宇宙中就有许多双星。如果双星中至少有1颗子星是“脉冲星”，那它便可作科学家们的实验样品。

现在知道，脉冲星与白矮星一样，也是恒星演化到晚年后的致密星之一，但它比白矮星的质量更大、半径更小、密度更密、磁场更强、自转更快。可想而知，脉冲星的引力一定也比白矮星更强，在其表面上，逃逸速度竟然大到200000千米／秒，光速的2／3（与此相比，地球上只有11.2千米／秒）！

1974年，美国天文学家泰勒和他的研究生赫尔斯，首次发现了世上第一对脉冲双星PSR1913+16。这是一对极其罕见的脉冲双星，它的两颗子星都是脉冲星，彼此间的距离又相当近，只有200万千米，只相当于月地距离的5倍多一些，在天文学家眼里，这简直是近在咫尺，太近了，而绕转运动本身又正是一种加速运动，所以用它来检测引力波真是再理想不过了。

为此泰勒他们付出了多年的心血，他们使用了直径达305米、世上最大的射电望远镜，进行了整整4年的仔细观测，以后又分析、计算、讨论了很长时间，终于得到了这两颗星的精确轨道，它们的绕转周期为0.322997462日，由于在发出引力波时要消耗能量，所以它们的轨道半径会逐渐变小，实测的变化率为2.422×10-12，这意味着每过一年，它互相绕一圈的时间将要增长0.0000764秒。这个来之不易的数字又与爱因斯坦理论所预言的值恰恰吻合。消息传出，世界一片欢呼，广义相对论又一次得到了证实。

1990年，天文学家又找到了第二个较为理想的“样品”——PSB1534+12。这对脉冲双星也是由脉冲星构成的，2个子星的质量大致相等，均为太阳质量的1.4倍，彼此的绕转周期稍长，为0.42日，许多条件与前者大体相近，无疑又是一个天赐良机，后来也的确得到了同样的结论。现在这类脉冲双星已有了100多对，它们都为引力波的验证提供了有力的“证词”。