精確觀測脈衝星軌道讓廣義相對論更屹立不搖

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作者  台北 天文館 | 發布日期  2022年02月05日 10:50

脈衝星是宇宙穩定發射高功率輻射的天體，來源為大質量天體塌縮後留下的緻密核心「中子星」，高速自轉伴隨偏離自轉軸強大磁場，兩側磁極產生不斷改變方向的高能噴流，就像茫茫宇宙大海的燈塔不斷掃視。

中子星系統最適合以電磁波檢視強重力場，重力波存在的第一個間接證據便是1974年普林斯頓大學拉塞爾．赫爾斯和約瑟夫．泰勒，於雙星系統脈衝星軌道衰減發現。因緻密雙星互繞會輻射可觀重力波，帶走雙星系統的角動量，且觀測脈衝雙星軌道衰減也很符合廣義相對論計算。

不過16個已確認的脈衝雙星系統，PSRJ1537+1155軌道衰減測量結果與廣義相對論預測相差達9%，遠大於其他系統差異。主要問題可能在於PSR J1537+1155高自行導致距離不確定性，過去脈衝星距離主要估算是利用廣義相對論，如果想檢驗廣義相對論，科學家得先找到別的方法確定PSR J1537+1155的距離。

2021年11月發表於天文物理期刊通訊（ApJL）的文章，有研究團隊使用最傳統卻最有效的方法估算此系統距離：三角視差法。由於地球每年繞日公轉，每半年會在相隔3億公里處，如果望遠鏡的角解析力夠，便可利用這位置差非常有效算出天體的距離。團隊使用超長基線陣列（VLBA），最大長度超過8600公里，結合6年觀測結果，獲得此脈衝星系統的最精確距離：3066光年。

透過最新測量，PSR J1537+1155軌道衰減的結果和廣義相對論的分歧縮小​​到只有2.3%，解決一直以來的問題，讓廣義相對論對強重力場的準確性更難以撼動。