爱因斯坦的广义相对论确认：天文学家目睹时空的拖延

艺术家对“拖曳帧”的描述：两只旋转的星星扭曲了时空。

由OzGrav的澳大利亚教授Matthew Bailes领导的国际天体物理学家团队在追踪天空近20年后，发现了令人兴奋的新证据，证明了“拖曳”（天体的旋转如何扭曲时空）。

由澳大利亚研究委员会引力波发现卓越中心（OzGrav）的澳大利亚教授马修·拜尔斯（Matthew Bailes）领导的国际天体物理学家团队，展示了令人激动的“框架拖曳”新证据，即天体的旋转如何扭曲空间并时间-在追踪异国情调的恒星对的轨道近二十年之后。该数据是爱因斯坦的广义相对论的进一步证据，该数据今天（2020年1月31日）发表在著名的科学杂志上。

一个多世纪以前，爱因斯坦（Albert Einstein）发表了他的标志性广义相对论理论-重力是由时空的曲率产生的，而太阳和地球等物体会改变这种几何形状。仪器的进步已导致与广义相对论有关的更远的现象引起了最近（诺贝尔奖获得者）科学的泛滥。引力波的发现于2016年宣布;黑洞阴影和恒星环绕我们银河系中心的超大质量黑洞的第一张图像是在去年发布的。

动画描绘了一个中子星围绕一个快速旋转的白矮星运行。白矮星的自转会拖曳时空的结构，使轨道在太空中翻滚。

大约二十年前，由斯威本科技大学教授贝勒斯（ARC）引力波发现卓越中心（OzGrav）主任领导的团队开始使用CSIRO Parkes 64米无线电以惊人的速度观测到两颗恒星自转望远镜。一个是白矮星，它的大小相当于地球的密度，但是其密度的300,000倍。另一个是中子星，直径只有20公里，大约是地球密度的1000亿倍。该系统是在帕克斯（Parkes）发现的，是一种相对论性奇观的系统，名称为“ PSR J1141-6545”。

在大约一百万年前，在恒星爆炸（成为中子星）之前，它开始膨胀，丢弃掉掉落在附近白矮星上的外核。残骸的下落使白矮星旋转的速度越来越快，直到它的一天仅以分钟为单位。

艺术家描绘的是一颗快速旋转的中子星和一颗白矮星，它在其轨道周围拖曳了时空结构。

1918年（爱因斯坦发表《理论》三年后），奥地利数学家约瑟夫·伦斯和汉斯·特林意识到，如果爱因斯坦说对了，所有旋转的物体都应该“拖曳”周围的时空结构。在日常生活中，这种影响微乎其微，几乎无法察觉。本世纪初，这种效应的第一个实验证据是在绕地球旋转的陀螺仪中看到的，其方向被拖向地球自旋的方向。像PSR J1141-6545中的那颗一样，一颗快速旋转的白矮星将时空拖曳了1亿倍！

围绕这样一个白矮星的脉冲星在轨道上提供了独特的机会，可以在一种新的超相对论政权中探索爱因斯坦的理论。

本研究的主要作者Vivek Venkatraman Krishnan博士（来自马克斯·普朗克射电天文学研究所（MPIfR））被赋予了令人羡慕的任务，即理清系统中所有竞争性相对论效应的作用，这是他的博士学位的一部分。在斯威本科技大学。他注意到，除非他允许逐渐改变轨道平面的方向，否则广义相对论是没有道理的。

MPIfR的Paulo Friere博士意识到，拖曳整个轨道可以解释其倾斜的轨道，并且该团队在今天的期刊文章中提供了令人信服的证据来支持这一点-它表明广义相对论还活着而且很好，它展示了相对论中的又一个预测。

自2000年代初以来就一直使用Parkes 64m望远镜徒步旅行的耐心绘制轨道的最终目标的团队成员Bailes，Willem van Straten（奥克兰理工大学）和Ramesh Bhat（ICRAR-Curtin）尤其令人愉悦。研究爱因斯坦的宇宙。巴特说：“这使所有深夜和清晨都值得”。

专家评论：

马克斯·普朗克射电天文学研究所（MPIfR）的主要作者Vivek Venkatraman Krishnan：‘起初，恒星对似乎表现出爱因斯坦理论所预测的许多经典效果。然后，我们注意到轨道平面的方向逐渐发生变化。’

‘脉冲星是宇宙钟。它们的高旋转稳定性意味着其脉冲预期到达时间的任何偏差都可能是由于脉冲星的运动或脉冲遇到的电子和磁场引起的。‘脉冲星计时是一项强大的技术，我们在射电望远镜上使用原子钟来估计脉冲星从脉冲星到极高精度的到达时间。脉冲星在其轨道上的运动调节了到达时间，从而可以对其进行测量。’

Paulo Freire博士：“我们推测，这至少部分是由于所谓的“拖曳框架”，正如奥地利数学家Lense和Thirring在1918年所预测的那样，所有物质都在旋转体的作用下受到约束。 '

奥尔胡斯大学教授托马斯·塔里斯（Thomas Tauris）：‘在一对恒星中，由于随后从同伴传来的质量转移，第一颗坍塌的恒星经常迅速旋转。金牛座的模拟有助于量化白矮星旋转的幅度。在该系统中，整个白矮星的旋转使整个轨道被拖拉，而白矮星的旋转与该轨道未对准。

马克斯·普朗克射电天文学研究所（MPIfR）的Norbert Wex博士：“对帧拖曳的最初确认之一是在绕地球运行的卫星中使用了四个陀螺仪，但在我们的系统中，其效果要强1亿倍。”

埃文·基恩（SKA组织）：‘脉冲星是太空中的超级时钟。强引力场中的超级钟是爱因斯坦的梦想实验室。我们一直在研究这种双星系统中最不寻常的一种。将脉冲星发出的光的周期性脉冲像时钟的滴答声一样对待，我们可以看到并消除许多引力效应，因为它们改变了轨道构型以及时钟滴答脉冲的到达时间。在这种情况下，我们首次在任何恒星系统中都看到了Lens-Thirring进动，这是对广义相对论的预测。’

从威廉·范·斯特拉滕（Willem van Straten）（AUT）：‘排除了一系列潜在的实验错误之后，我们开始怀疑白矮星与中子星之间的相互作用并不像迄今为止所假定的那样简单。

参考：V. Venkatraman Krishnan，M。Bailes，W。van Straten，N。Wex，PCC Freire，EF Keane，TM Tauris，PA Rosado撰写的“在二进制脉冲星系统中，由快速旋转的白矮星引起的沉重的试探框拖动” ，NDR Bhat，C.Flynn，A.Jameson和S.Osłowski，2020年1月31日，科学。
10.1126 / science.aax7007