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最新刊於 Physical Review X 的研究指出，唯一已知的雙脈衝星系統 (double pulsar) 再次證明了愛因斯坦廣義相對論是對的。

自 2003 年發現以來，一個國際天文學家一直觀察名為 PSR J0737−3039A/B 的雙脈衝星系統，發現相對論效應如預測一樣，可以通過星體脈衝的時間來測量，這亦是人類首度觀察到這些影響。

領導研究的德國馬克斯普朗克射電天文學研究所天體物理學家 Michael Kramer 指出，團隊研究了一個由緻密星體組成的系統，可在存在非常強的引力場下測試引力理論。令團隊十分高興的是，他們能夠測試愛因斯坦理論的基石，即引力波攜帶的能量，其精度比獲得諾貝爾獎的赫爾斯-泰勒脈衝雙星系統高 25 倍，亦比目前使用引力波探測器的精度高 1,000 倍。

脈衝星可以說是天空中最有用的恆星。它們是中子星的一種，代表它們非常小而密集；直徑可達 20 公里，質量約為太陽的 2.4 倍。

這些星體成為脈衝星的原因是它們會脈動，並具有從兩極射出的無線電波長的輻射束。其定向方式使得這些光束在恆星旋轉時像燈塔光束一樣以高達毫秒的速度閃爍。

這些閃光的時間非常精確，意味著對人類可觀察其隨時間變化從而導航、探測星際介質和研究重力。

PSR J0737−3039A/B 於 2003 年發現，距離我們約 2,400 光年，是迄今為止唯一發現的雙脈衝星。兩顆脈衝星靠得非常近，每 147 分鐘完成一圈公轉。其中一個脈衝星以每秒 44 次的速度自轉得非常快。另一個更年輕的則較慢，每 2.8 秒自轉一次。由於兩顆脈衝星密度非常高，引力場非常強，因此會影響彼此脈衝的時間和角度。16 年來團隊在世界各地使用 7 台強大的望遠鏡觀察 PSR J0737−3039A/B 的活動。

加拿大卑詩大學天體物理學家 Ingrid Stairs 指出，團隊第一次看到光是如何不僅由於伴星周圍的強烈時空曲率而延遲，而且光被我們可以檢測到以 0.04 度的小角度偏轉；以前從未有過實驗是在如此高的時空曲率下進行。

團隊總共進行了 7 項廣義相對論測試，包括雙星軌道方向的變化方式，稱為近點進動 (apsidal precession) ，以及脈衝星在旋轉時拖動時空的方式。到目前為止，這些測量都與愛因斯坦的預測一致。

在接下來的幾年，隨著更強大的望遠鏡出現，不同的團隊會對廣義相對論下更精確的重力測試，以確認當中的所有預測。

來源：
Science Alert, 16-Year Study of Extreme Stars Has Once Again Proved Einstein Is Still Right, 13 December 2021

報告：
Kramer, M., Stairs, I.H., Manchester, R.N. & et al. (2021). Strong-Field Gravity Tests with the Double Pulsar. Phys. Rev. X 11, 041050. doi: 10.1103/PhysRevX.11.041050

文／Alan Chiu