簡介：任何旋轉的物體都會拖拽其周圍的時空結構即框架拖動。研究者利用射電望遠鏡和一對緊湊恆星（白矮星及脈衝星）揭示了相關證據。它們被命名為PSR J1141-6545，快速旋轉的白矮星拖拽著時空，使得脈衝星的軌道平面發生傾斜。
愛因斯坦廣義相對論中的一個預言就是所有旋轉的物體都會拖拽臨近其周邊的時空結構。這被稱為“慣性系拖曳效應”。
在日常生活中，由於慣性系拖曳的影響實在微乎其微，所以它既無法被探測也不會造成影響。而要想探測由地球自轉而引起的慣性系拖曳則需要多顆人造衛星比如造價高達7億5000萬的引力探測器B，還要陀螺儀角度變化的探測，且要求其變化每十萬年小於一度。
幸運的是，宇宙中包含許多自然湧現的引力實驗室，這樣一來物理學家們可以在工作中細緻入微的觀察愛因斯坦的預言。
今天出版的《科學》雜誌刊載了我們團隊的研究成果，我們利用一臺射電望遠鏡觀測到一對正在以極快速度互相環繞作離心運動的緻密星，發現了這個正在發生的且具有更顯著規模的慣性系拖曳的證據。
若是在牛頓時代，這些星體的運動肯定會搞懵一眾天文學家，因為它們明顯地在一個扭曲的時空內運動，這樣的運動軌跡需要愛因斯坦的廣義相對論才能解釋。
慣性系拖曳效應示意圖. (Mark Myers/OzGrav ARC Centre of Excellence)
廣義相對論是現代引力學的基礎。它能解釋恆星、行星、和衛星的精確移動，甚至時間流。而其中一個鮮為人知的預言則是自轉的物體會拖曳其周圍的時空。物體旋轉速度越快且質量越大，則拖曳力量越大。
與此密切相關的一類物體被稱作白矮星。白矮星是恆星消亡後留下的內核,它們消亡前比太陽質量大出很多倍，但最終耗盡了氫燃料。
白矮星與地球尺寸比較示意圖
殘存下來的部分尺寸和地球類似但質量百千倍於地球。白矮星依然能夠高速自轉，每一兩分鐘自轉一週，比地球所需的24小時快出不少。
這一類白矮星所引起的慣性系拖曳效應,粗略估算其能量是地球的10億倍。
這些認知雖然不盡完美，但我們無法飛抵白矮星或是發射環繞它的人造衛星。不過總算天隨人願，天文學者們有幸獲得觀察慣性系拖曳的方法，既通過一些繞軌道運行的星星---脈衝星。
二十年前，隸屬於澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的帕克斯射電望遠鏡發現了一對獨特的恆星體，包括一顆白矮星（尺寸與地球差不多但比地球重約30萬倍）和一顆射電脈衝星（尺寸與一個城市大小相當但比城市重40萬倍）。
帕克斯射電望遠鏡
相較於白矮星，脈衝星完完全全屬於另一個梯隊。他們並不是由常見的原子構成，而是緊緊壓縮在一起的無數中子，這使得它們密度極大。更重要的是，研究發現脈衝星每分鐘自轉150次。這意味著，以每分鐘150次的頻率，這顆脈衝星發射出的射電波猶如“燈塔光束”一般掃過我們在地球上的最佳觀測點。我們可以利用這一點測繪出脈衝星繞白矮星的軌道路徑，從而計算它的脈衝到達我們望遠鏡的時間進而得知其光速。這個方法揭示出兩顆恆星互相環繞運行的時間不超過5小時。
脈衝星射電波示意圖
這對雙星的正式名稱是PSR J1141-6545，是一個理想的引力實驗室。自從2001年我們開始跟隨帕克斯望遠鏡幾次遠征並測繪了這個系統的軌道地圖，這一系列成果印證了多項由愛因斯坦提出的引力效應。
沒耐心的人做不了軌道演變的繪製工作，而我們的測量卻尤其精準。儘管PSR J1141-6545遠在一千萬億公里之外（等於1*1015千米），我們得知這顆脈衝星每秒旋轉2.5387230404次，並且它的軌道在太空中翻覆。
這意味著它的軌道水平面是不固定的，取而代之的是慢速旋轉。
這個系統是如何形成的？
當雙恆星誕生時，質量最大的一個先消亡後通常會產生一個白矮星。而在第二個恆星消亡前，它會轉移物質給它的白矮伴星。
這些物質下落至白矮星時形成碟狀，並且在成千上萬年的過程中促使白矮星加速旋轉，直至它自轉速度達到幾分鐘內。
白矮星因其伴星的物質轉移而加速自轉的示意圖。 (ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery)
以此為代表的罕見案例，第二顆星能隨之爆炸而成為超新星從而留下一顆脈衝星。高速自轉的白矮星拖動其周圍的時空，造成脈衝星軌道平面傾斜。這個傾斜是我們通過耐心測繪脈衝星軌道工作時觀測到的。
愛因斯坦自己思考過很多由他提出且永遠無法觀測到的關於空間與時間的預言。但是過去幾年我們看到在極端天體物理學方面發生了一場革命，包括髮現了引力波以及望遠鏡全球網絡拍攝到黑洞暗影。這些新發現都歸功於一些十億美元的設備。
幸運的是，在不斷探索廣義相對論的過程中仍有工作要做，比如那臺位於帕克斯的50歲高齡的射電望遠鏡，還有幾代研究生髮起的耐心活動。網絡來源The Conversation
作者: Matthew Bailes
FY: Patrick
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