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天文新知

脈衝星的伴星轉速有多快?時空的扭曲程度會告訴你

愛因斯坦的相對論有許多奇怪的結果,對於那些高速旅行的人來說,時間走得更慢,而像太陽這樣巨大的物體會扭曲它們所在的時空,導致光行走的路徑在它們周圍「彎曲」。其中最有趣的一個概念是「拖曳」,當一個巨大的物體旋轉時,如同芭蕾舞者旋轉時,裙子也跟著旋轉,這種效應在地球這樣的物體周圍比較小,但在更大、更快速旋轉的物體周圍就會很明顯。現在,天文學家已經使用「拖曳效應」來進行一些以前不可能的測量,他們確認了先前關於其獨特歷史的線索 ,並觀察了一顆白矮星的旋轉速度,其研究發表在1月31日的《科學》期刊上。

該白矮星是名為PSR J1141-6545的雙星系統的一部分,它位於南方的蒼蠅座,快速旋轉的白矮星伴隨着一顆中子星,在這兩顆星的命運中,白矮星首先形成,中子星則是隨後形成。在這兩次恆星死亡事件之間,來自恆星的質量最終會爆炸,產生脈衝流到白矮星上,導致它比其他情況下旋轉得更快。那白矮星旋轉的速度到底有多快呢?研究人員表示這極難測量,因為這些微小的殘留物太微弱,天文學家無法用一般的方法來測量白矮星的旋轉,幸運的是,白矮星並不是這個星系中唯一的特殊天體,中子星同時也是一顆脈衝星,這意味着它在自轉時,從兩極向太空發射輻射。當這些光束掃過地球時,科學家們能用電波望遠鏡探測到它們;根據每次脈衝抵達地球的時間,研究人員可以確定脈衝星的旋轉速度以及它在太空中的移動方式。
如圖說圖說:圖中的雙星系統中,小顆的為脈衝星、大顆的是白矮星,過去我們只能夠直接測量脈衝星的轉速。
結果證實,脈衝星附近的時空會受到其白矮星伴星的旋轉渦流影響,藉此,研究小組利用脈衝星在受影響時空中的運動來研究白矮星的旋轉速度。科學家透過觀察地球周圍衛星的軌道如何隨時間變化來測量地球周圍的拖曳力,我們不可能將人造衛星發射到白矮星的軌道,取而代之的,研究團隊計算了自從脈衝星被發現以來20年內的所有脈衝星軌道資料,這些軌道的改變多少都需要一些拖曳力(有點像繞着手臂轉呼拉圈——呼拉圈離手臂最近、最遠的地方可以改變,但呼拉圈的形狀和大小不會改變。)

研究人員使用原子鐘來校正時間以確定脈衝星的亮點時間,並計算軌道進動數值約偏離了93英哩(約150公里)。從這個變化中,他們終於能夠計算出白矮星的旋轉速率:一圈大約100秒。這證實了白矮星在質量上拉動了他的伴星,並且早在脈衝星形成前就旋轉了起來,也給研究人員更多關於此系統的資訊。(編譯/許晉翊)
 
資料來源:Astronomy

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