破记录双星系统 验证通过爱因斯坦相对论正确性
▲破记录双星系统验证通过爱因斯坦相对论正确性。(图／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)
天文学家利用多个电波望远镜发现一对双星系统，由一颗中子星和一颗白矮星所组成，其中的中子星质量打破记录，成为迄今已知质量最大的中子星。这些天文学家借由观测资料测试爱因斯坦广义相对论的正确性，发现基本上都符合相对论的预测，但与其他几个理论抵触，因此可以剔除这些不符的理论了。相关论文发表在2013年4月26日出版的科学期刊(Science)。
中子星是超新星爆炸的残骸，这对双星中的中子星编号为PSR J0348+0432，每秒可自转25圈，与白矮星伴星互绕周期约为2.5小时，地球上可观测到这颗中子星发出的规律辐射，因此这颗中子星是一颗所谓的波霎(pulsar)。电波望远镜所观测到的这对双星电波讯号基本上都来自这颗波霎。
经估算，这颗中子星的质量约为2倍太阳质量，直径则仅约20公里，这使得PSR J0348+0432的表面重力强达地球表面的3000亿倍以上，且中子星的核心密度高达每立方公分10公吨以上，相较于水的密度为每立方公分1公克，太阳核心密度约每立方公分150~160公克。
▼中子星又称为脉冲星、波霎，图为脉冲星J1838 – 0537。(图／中研院天文网)
至于双星中的白矮星没这颗PSR J0348+0432这么极端，它是由质量比较小的恒星演化到生命末期，遗失原本的大气层后的恒星残骸，由于失去核融合提供能量，因此会随时间逐渐冷却。
德国波昂普朗克电波研究所(MPIfR)安东尼阿迪斯(John Antoniadis)原本是透过欧南天文台超大望远镜(VLT)研究白矮星发出的辐射被波霎影响而产生的变化。结果初步分析时意外发现这颗波霎居然高达2倍太阳质量，是目前为止已知质量最大的中子星，是测试基本物理的最佳实验室。
爱因斯坦百年前提出的广义相对论中，以质量和能量产生的时空曲率来解释重力现象，从发表到今日已经过无数挑战与测试，但如果没办法坚持到最后，这个理论也还是会被打破。物理学家发展出不同的重力理论，所得预测结果与相对论不同。
在某些有你无我的极度矛盾中，这些差异只会在极强的重力场中才能见真章—在极强的重力场中，质量只需增加一点点，其时空曲率的改变就会很大；然而，太阳系内完全无法提供有这种条件的环境，让物理学家们因为无法验证而心痒难耐。大质量中子星PSR J0348+0432的发现，无疑提供了物理学家一个独特的机会进行这项残酷的测试。
安东尼阿迪斯等人将VLT的白矮星观测资料，和其他电波望远镜进行的PSR J0348+0432波霎精确计时资料予以综合。这类密近双星会辐射重力波后流失能量，导致轨道周期缓慢改变。广义相对论和其他重力理论对于这个轨道周期改变的预测结果不同。
这些天文学家分析资料后发现，由于电波讯号非常精确，他们估算轨道周期改变量约为每年800万分之一秒，与广义相对论预测的相符，因此他们给出结论，广义相对论是正确的。这与利用第一个双星波霎PSR B1913+16进行测量的Joseph Hooton Taylor, Jr.和Russell Hulse所得结论相同，而Taylor两人更因这项研究获得1993年的诺贝尔物理奖。
到目前为止，还没有其他重力理论能扳倒广义相对论。不过可别以为物理学家们会就此放弃挑战爱因斯坦，安东尼阿迪斯等人打算继续监测这对双星，以便能更精密的测量轨道周期变化，看看爱因斯坦是否继续保持他不败的地位。(文／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)