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广义相对论揭示了中子星磁极的无线电发射

  • 科学
  • 2019-09-07 10:39:24

二元系统中的脉冲星受到相对论效应的影响,导致每个脉冲星的自旋轴随时间改变方向。由德国波恩马克斯普朗克射电天文研究所的Gregory Desvignes领导的一个研究小组利用源PSR J1906 + 0746的无线电观测来重建脉冲星磁极上的极化发射并预测可探测发射的消失到2028年。该系统的观测结果证实了50年历史的模型的有效性,该模型将脉冲星的辐射与其几何形状联系起来。研究人员还能够精确测量自旋方向的变化率,并与爱因斯坦广义相对论的预测结果非常吻合。

该实验是迄今为止对于强自重体的相对论旋转进动的这种重要影响的最具挑战性的测试。此外,重建的无线电波束形状对中子星的数量和中子星合并的预期速率有影响,如LIGO等引力波探测器所观察到的。

结果发表在2019年9月6日的“科学”杂志上。

脉冲星是快速旋转的中子星,其质量比太阳大40%或更多!- 进入直径仅约20公里的小球体。它们具有极强的磁场,并沿其磁轴在其相对的磁极上方发射一束无线电波。由于它们的稳定旋转,灯塔效应产生的脉冲信号以原子钟的精度到达地球。大质量,源的紧凑性和类似时钟的特性使天文学家能够将它们用作实验室来测试爱因斯坦的广义相对论。

该理论预测,时空是由诸如脉冲星之类的巨大物体弯曲的。一个预期的后果是二元脉冲星中相对论旋转进动的影响。该效果源于每个脉冲星的自旋矢量相对于二元系统的总角动量矢量的未对准,并且很可能由不对称的超新星爆炸引起。这种进动导致观察几何形状变化,这可以通过监测观察到的脉冲轮廓的系统变化来观察地进行测试。

在诺贝尔奖得主Hulse-Taylor双星脉冲星B1913 + 16中观察并模拟了由于旋转进动引起的观察几何变化引起的可变脉冲轮廓的证据。其他二元脉冲星也显示出效果,但它们都没有允许用PSR J1906 + 0746获得的精确度和细节水平进行研究。

目标是一个年轻的脉冲星,旋转周期为144毫秒,在围绕另一颗中子星的4小时轨道上,朝着Aquila(鹰)的方向,非常接近银河系的平面。

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