科学家发现三星系统 或挑战爱因斯坦相对论[1P]

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图左前景处的毫秒脉冲星被一颗炙热的白矮星（中央处）环绕，而两者都被另一颗更遥远更冷却的白矮星（顶部右侧）环绕。

国外媒体报道，近日天文学家发现的一个独特的三星系统或帮助解决有关爱因斯坦广义相对论的问题并提供有关引力真正本质的新见解。这个独特的系统是由两颗白矮星和一颗超级密集的中子星（脉冲星）组成，它们紧密的挤在不到一个天文单位(相当于日地距离)的空间里。这一星座使得科学家们能够以前所未有的方式测量恒星之间复杂的引力相互作用，或可以帮助解开引力的真正本质。

这颗脉冲星——随着自身旋转会向太空释放如灯塔般的无线电波的中子星——最初是由美国西弗吉尼亚大学的研究生贾森·博伊尔（Jason Boyles）利用美国国家科学基金会的绿岸射电望远镜（GBT）发现的。该天体距离地球大约4200光年，每秒旋转366次。这种高速旋转的脉冲星也被称为毫秒脉冲星，它对天文学家来说非常有用，因为可以被用于研究万有引力。

在观测到这一脉冲星后，天文学家注意到这颗脉冲星附近还存在两颗白矮星——一颗位于脉冲星近轨道，另一颗则相对更远。这是首次在这样的三星系统里发现毫秒脉冲星，用美国国家自然科学基金会下国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory,简称NRAO)的天文学家斯考特·兰森（Scott Ransom）的话来说，它将提供“研究引力本质和效应的巨大机会。”

兰森说道：“这个三星系统为我们提供了一个更好的天然宇宙实验室，我们能够精确地了解这个三星系统是如何运作的以及潜在的检测广义相对论里存在的问题，物理学家一直期望在极端环境里观测到这些问题。”

在观测到该系统后，科学家们利用绿岸射电望远镜、位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜以及位于荷兰的韦斯特博克综合射电望远镜进行了一次密集的观测，同时还结合了来自斯隆数字巡天、GALEX卫星、亚利桑那州基特峰WIYN望远镜以及斯皮策太空望远镜的额外数据。“引力干扰对该系统里的每个天体造成的影响都非常纯粹和强大。毫秒脉冲星作为非常强大的工具，令人惊讶的能够极好的测量这些干扰。”兰森说道。

通过高精度的记录如灯塔般的无线电波射线，研究小组能够计算出系统的几何学以及以“无法比拟的精度”测量这些恒星的质量——有些精确到几百米，荷兰无线电天文学研究所的安妮·阿奇博尔德（Anne Archibald）这样说道。阿奇博尔德利用对该系统的测量建立了电脑仿真。

这项研究结合了艾萨克·牛顿（Isaac Newton ）倡导的技术，利用阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）提出的引力理论研究地球的引力。研究小组尤为感兴趣的是寻找等效原理里的偏差，该原理陈述了对一个天体产生引力的效应并不取决于该天体物质的大小。它解释了为什么在没有空气阻力的月球上，羽毛和锤子会以相同的速度下降，它还解释了为什么不同材料的小球会同时滚下山坡——这一现象最初是由伽利略演示的。


兰森解释称：“虽然爱因斯坦的广义相对论目前被每一项实验证实，但它与量子理论并不兼容。因此物理学家预测它在极端条件下会瓦解。这个紧凑恒星组成的三星系统为我们提供了一次罕见的机会，能够寻找名为强等效原理的等效原理特定形式的变量。”

这个三星系统将使得天文学家能够透过对脉冲星“灯塔”闪光的高精度观测确定事实是哪种情况。如果强等效原理被证明是正确的，那么外部白矮星的引力效应将对内部白矮星和脉冲星产生一样的效果。如果强等效原理不成立，那么外部白矮星对内部白矮星和脉冲星产生的引力作用将有轻微的不同。

“寻找强等效原理里存在的偏差将暗示着广义相对论的瓦解并为我们指向一项新的正确的引力理论。” 英属哥伦比亚大学的英格丽·斯黛尔斯（Ingrid Stairs）这样说道。这项研究成果被发表在1月5日的期刊《自然》上并将在第223次美国天文学家协会会议上展出。