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简介：任何旋转的物体都会拖拽其周围的时空结构即框架拖动。研究者利用射电望远镜和一对紧凑恒星（白矮星及脉冲星）揭示了相关证据。它们被命名为PSR J1141-6545，快速旋转的白矮星拖拽着时空，使得脉冲星的轨道平面发生倾斜。

爱因斯坦广义相对论中的一个预言就是所有旋转的物体都会拖拽临近其周边的时空结构。这被称为“惯性系拖曳效应”。

在日常生活中，由于惯性系拖曳的影响实在微乎其微，所以它既无法被探测也不会造成影响。而要想探测由地球自转而引起的惯性系拖曳则需要多颗人造卫星比如造价高达7亿5000万的引力探测器B，还要陀螺仪角度变化的探测，且要求其变化每十万年小于一度。

幸运的是，宇宙中包含许多自然涌现的引力实验室，这样一来物理学家们可以在工作中细致入微的观察爱因斯坦的预言。

今天出版的《科学》杂志刊载了我们团队的研究成果，我们利用一台射电望远镜观测到一对正在以极快速度互相环绕作离心运动的致密星，发现了这个正在发生的且具有更显著规模的惯性系拖曳的证据。

若是在牛顿时代，这些星体的运动肯定会搞懵一众天文学家，因为它们明显地在一个扭曲的时空内运动，这样的运动轨迹需要爱因斯坦的广义相对论才能解释。

惯性系拖曳效应示意图. (Mark Myers/OzGrav ARC Centre of Excellence)

广义相对论是现代引力学的基础。它能解释恒星、行星、和卫星的精确移动，甚至时间流。而其中一个鲜为人知的预言则是自转的物体会拖曳其周围的时空。物体旋转速度越快且质量越大，则拖曳力量越大。

与此密切相关的一类物体被称作白矮星。白矮星是恒星消亡后留下的内核,它们消亡前比太阳质量大出很多倍，但最终耗尽了氢燃料。

白矮星与地球尺寸比较示意图

残存下来的部分尺寸和地球类似但质量百千倍于地球。白矮星依然能够高速自转，每一两分钟自转一周，比地球所需的24小时快出不少。

这一类白矮星所引起的惯性系拖曳效应,粗略估算其能量是地球的10亿倍。

这些认知虽然不尽完美，但我们无法飞抵白矮星或是发射环绕它的人造卫星。不过总算天随人愿，天文学者们有幸获得观察惯性系拖曳的方法，既通过一些绕轨道运行的星星---脉冲星。

二十年前，隶属于澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的帕克斯射电望远镜发现了一对独特的恒星体，包括一颗白矮星（尺寸与地球差不多但比地球重约30万倍）和一颗射电脉冲星（尺寸与一个城市大小相当但比城市重40万倍）。

帕克斯射电望远镜

相较于白矮星，脉冲星完完全全属于另一个梯队。他们并不是由常见的原子构成，而是紧紧压缩在一起的无数中子，这使得它们密度极大。更重要的是，研究发现脉冲星每分钟自转150次。这意味着，以每分钟150次的频率，这颗脉冲星发射出的射电波犹如“灯塔光束”一般扫过我们在地球上的最佳观测点。我们可以利用这一点测绘出脉冲星绕白矮星的轨道路径，从而计算它的脉冲到达我们望远镜的时间进而得知其光速。这个方法揭示出两颗恒星互相环绕运行的时间不超过5小时。

脉冲星射电波示意图

这对双星的正式名称是PSR J1141-6545，是一个理想的引力实验室。自从2001年我们开始跟随帕克斯望远镜几次远征并测绘了这个系统的轨道地图，这一系列成果印证了多项由爱因斯坦提出的引力效应。

没耐心的人做不了轨道演变的绘制工作，而我们的测量却尤其精准。尽管PSR J1141-6545远在一千万亿公里之外（等于1*1015千米），我们得知这颗脉冲星每秒旋转2.5387230404次，并且它的轨道在太空中翻覆。

这意味着它的轨道水平面是不固定的，取而代之的是慢速旋转。

这个系统是如何形成的？

当双恒星诞生时，质量最大的一个先消亡后通常会产生一个白矮星。而在第二个恒星消亡前，它会转移物质给它的白矮伴星。

这些物质下落至白矮星时形成碟状，并且在成千上万年的过程中促使白矮星加速旋转，直至它自转速度达到几分钟内。

白矮星因其伴星的物质转移而加速自转的示意图。 (ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery)

以此为代表的罕见案例，第二颗星能随之爆炸而成为超新星从而留下一颗脉冲星。高速自转的白矮星拖动其周围的时空，造成脉冲星轨道平面倾斜。这个倾斜是我们通过耐心测绘脉冲星轨道工作时观测到的。

爱因斯坦自己思考过很多由他提出且永远无法观测到的关于空间与时间的预言。但是过去几年我们看到在极端天体物理学方面发生了一场革命，包括发现了引力波以及望远镜全球网络拍摄到黑洞暗影。这些新发现都归功于一些十亿美元的设备。

幸运的是，在不断探索广义相对论的过程中仍有工作要做，比如那台位于帕克斯的50岁高龄的射电望远镜，还有几代研究生发起的耐心活动。网络来源The Conversation

作者: Matthew Bailes

FY: Patrick

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