来自一个国际天体物理学家团队在追踪一对奇异恒星轨道近20年后，现在终于显示出了令人兴奋的新证据，证明了天体旋转是如何扭曲空间和时间的，即扭曲的时空结构。这些数据是爱因斯坦广义相对论进一步的证据证明，其研究发现现已发表在《科学》期刊上，再一次证明爱因斯是正确的！一个多世纪前，阿尔伯特·爱因斯坦发表了他著名的广义相对论。相信你一定知道牛顿的万有引力定律，牛顿自己也只知道万物都会产生这种力。
两物体相隔无限远也受万有引力的作用，但是牛顿也不知道，为什么会产生引力，高中物理必学万有引力定律，但是学完你也不知道为什么会产生引力；所以这就更加凸显出了爱因斯坦广义相对论的高明之处！即引力来自空间和时间的曲率，太阳和地球等天体改变了这种几何结构。
先进仪器设备的进步，促使了（包括获得诺贝尔奖）大量与广义相对论有关现象的涌现。科学家2016年发现了引力波，2016我们称之为引力波年。第一张黑洞照片和恒星绕着银河系中心的超大质量黑洞旋转图像，就在刚刚过去的2019年发布，2019我们称之为事件视界年。
大约20年前，由斯温本理工大学教授、ARC引力波发现卓越中心主任马修·贝尔斯领导的一个国际天体物理学家团队，开始用帕克斯64米射电望远镜观测两颗恒星以惊人的速度绕对方旋转。一颗是白矮星，大小相当于地球，但密度是地球的30万倍；另一颗是脉冲星（中子星），虽然直径只有20公里，但密度大约是地球的1000亿倍。
这是一个相对论奇异双星系统，名为“PSR J1141-6545”。大约一百万年前，在恒星爆炸（成为一颗脉冲星（中子星）)）之前，它开始膨胀，抛掉了在附近白矮星上的外核。这些坠落的碎片使白矮星旋转得越来越快，直到它的一天只能用分钟来衡量。1918年（爱因斯坦发表他的理论三年后）奥地利数学家约瑟夫·伦斯和汉斯·瑟林意识到，如果爱因斯坦是对的，所有旋转的物体，都应该会“扭曲”时空的结构。在日常生活中，这种影响微乎其微，几乎检测不到。
本世纪初，这一效应的第一个实验证据，出现在绕地球运行的航天器陀螺仪中，陀螺仪的方向被“扭曲”向地球的自转方向。一颗快速旋转的白矮星，就像PSRJ1141-6545中的那颗，扭曲时空的力量是地球1亿倍！在这样一颗白矮星轨道上运行的脉冲星，为在新的极端相对论状态下，探索爱因斯坦的理论提供了一个独特机会。目前这项研究的主要作者、斯温本理工大学Vivek Venkatraman Krishnan博士被赋予了一项艰巨的任务，即解开系统中所有互相作用的相对论效应。
研究发现，除非能让轨道平面的方向逐渐改变，否则广义相对论是没有意义的。整个轨道的框架“拖动'可以解释其倾斜的轨道，其研究提出了令人信服的证据支持了这一点：表明广义相对论仍然存在，并展示了它众多预测中的又一项。这一结果对于团队成员贝尔斯、威廉·范·斯特拉滕（奥克兰理工大学）和拉梅什·巴特来说尤其令人高兴，因为他们自21世纪初以来一直长途跋涉到帕克斯64米射电望远镜，耐心地绘制轨道图，最终目的是研究爱因斯坦的理论。
马克斯·普朗克射电天文学研究所（MPIfR）的主要作者Vivek Venkatraman Krishnan说：一开始，这对恒星似乎表现出了爱因斯坦理论预测的许多经典效应，然后发现轨道平面的方向逐渐改变。脉冲星是宇宙的标准钟，脉冲时间的任何偏差，都可能是由于脉冲星的运动或脉冲遇到电子和磁场造成。脉冲星计时是一项强大的技术，研究使用射电望远镜的原子钟来非常精确地估计来自脉冲星的脉冲到达时间。
脉冲星在其轨道上的运动调制了到达时间，从而使其能够进行测量。研究人员推测，至少在一定程度上，这可能是由于奥地利数学家伦斯和瑟林在1918年预测的那样：所有物质在有旋转体存在的情况下，都会受到所谓的‘框架拖拽’，即引力的作用，也就是引力来自空间和时间的曲率。奥胡斯大学的托马斯·陶里斯(Thomas Tauris)教授说：在一对恒星中，第一颗坍塌的恒星，通常会因为其伴星的质量转移而快速旋转。
模拟研究帮助量化了白矮星自旋的大小，在这个系统中，整个轨道都被白矮星的自旋拖曳着。最早的轨道“框架拖拽”确认之一，是在绕地球轨道运行的卫星上使用了四个陀螺仪，但在研究的天体系统中，这种影响要强1亿倍。脉冲星是太空中的超级时钟，强引力场中的脉冲星是爱因斯坦梦寐以求的实验室。
科学家家一直在研究这个双星系统中最不寻常的一个。把来自脉冲星的周期性光脉冲，当作时钟的滴答声来对待，可以看到并解开许多引力效应，因为它们改变了轨道构型，以及时钟滴答声脉冲的到达时间，在这种情况下，看到了Lense-Thirring进动。
博科园｜研究/来自：斯威本科技大学
参考期刊《科学》
DOI: 10.1126/science.aax7007
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