爱因斯坦广义相对论预测了“参考系拖拽”的存在：任何旋转的物体都会在其周围拖拽时空，而物体旋转得越快，质量越大，其拖拽强度越大。虽然在平常这个现象小到难以探测，但通过白矮星和脉冲星的组合，快速旋转的白矮星在脉冲星周围拖拽时空，使脉冲星的轨道平面随着被拖拽而倾斜，我们观察到多种爱因斯坦引力效应。
爱因斯坦的广义相对论预测了“参考系拖拽”的存在，即任何旋转的物体都会拖拽其周围的时空结构。
在我们每天的生活中，因为“参考系拖拽”带来的影响是如此的微不足道，所以它是无法检测和无关紧要的。
探测整个地球旋转产生的“参考系拖拽”需要一些卫星，比如7.5亿美元的重力探测器B（Gravity Probe B），而且在陀螺仪上检测到的角度变化相当于每一万年左右改变一度。
幸运的是，宇宙中有许多自然产生的引力实验室，可以让物理学家在那里非常细致的观测爱因斯坦的预言。
我们团队今天发表在“科学”杂志上的研究，通过使用射电望远镜和一对独特的致密星以一种令人眼花缭乱的速度绕彼此旋转，揭示了在更明显的规模上存在参考系拖拽的证据。
这些恒星的运动可能会使牛顿时代的天文学家感到困惑，因为他们显然在一个扭曲的时空中运动，而且需要爱因斯坦的广义相对论来解释他们的轨迹。
参考系拖拽的说明 (Mark Myers/OzGrav ARC卓越中心)
广义相对论是现代引力理论的基础。它解释了恒星、行星和卫星的精确运动，甚至解释了时间的流动。其中一个不为人知的预测是旋转的物体会拖拽它附近的时空。一个物体旋转的越快，质量越大，这种拖拽的力量也就越强。
与此相关的一种天体叫做白矮星。这些是死亡恒星的残留核心，它们的质量曾是太阳的几倍，但现在已经耗尽了它们的氢燃料。
白矮星（bing）
剩下的部分在大小上与地球相似，但质量是地球的数十万倍。白矮星还可以非常快速的旋转，每一到两分钟就自转一周，并不像地球那样每24小时自转一周。
由这样一颗白矮星所引起的参考系拖拽大约是地球引力的1亿倍。
这一切很好，但是我们不能飞到白矮星上并在它周围发射卫星。幸运的是，大自然对天文学家是善良的，它有一种方法让我们通过脉冲星这种轨道恒星来观测它们。
20年前，澳大利亚联邦科学与工业研究组织的帕克斯天文台（CSIRO’s Parkes）用无线电望远镜发现了由一颗白矮星（大小和地球相仿，但质量是地球的30万倍）组成的独特的恒星对和一颗射电脉冲星（只有一座城市那么大，但重40万倍）
与白矮星相比，脉冲星完全属于另一个类型。它们并不是由传统的原子组成的，而是由挤在一起的中子组成的，这使得它们的密度非常大。另外，在我们的研究中，脉冲星每分钟自转150次。
脉冲星（bing）
这意味着，这颗脉冲星释放出的无线电波“灯塔光束”在一分钟内有150次扫过地球上的优势位置。我们可以用它来绘制脉冲星绕白矮星运行的路径，并且我们可以通过脉冲到达望远镜的时间来确定光速。这种方法揭示，两颗恒星围绕对方运行的时间小于5个小时。
这一对恒星，被正式名称为PSR J1141-6545，是一个理想的引力实验室。从2001年开始，我们每年都要跋涉几次到帕克斯天文台去绘制这个系统的轨道，这展示了大量和爱因斯坦引力效应相关的知识。
绘制轨道的演变并不是为了训练耐心，而是因为我们的测量仪器是非常精确的。虽然PSR J1141-6545离我们很远，但是我们知道脉冲星每秒旋转2.5387230404次，而且它的轨道在太空中翻滚。
这意味着它的轨道平面不是固定的，而是在缓慢旋转。
这个系统是如何形成的？
当一对恒星诞生的时候，那颗质量更大的先消亡，通常形成白矮星。在第二颗恒星消亡前，它会把物质转移到它的白矮星同伴那里。
当这些物质落向白矮星时，一个盘状物就形成了，在数万年的过程中，它使白矮星加速，直到每隔几分钟旋转一次。
由于物质从伴星上转移而被冲毁的白矮星。(ARC引力波发现卓越中心)
在这种罕见的情况下，第二颗恒星会爆炸成超新星，留下了脉冲星。这颗快速旋转的白矮星会拖拽它身边的时空，导致脉冲星的轨道平面倾斜。这种倾斜就是我们通过对脉冲星轨道的耐心绘制观察到的。
爱因斯坦认为，他对空间和时间的许多预测是无法观测到的。但是在过去的几年中，我们见证了量子物理学的一场变革，包括引力波的发现和用世界范围内的望远镜网络成像出的黑洞阴影。这些发现是由价值数十亿美元的设备完成的。
幸运的是，对于像帕克斯天文台的那台50年前的射电望远镜，以及一代又一代的研究生发起的耐心的运动，仍然在探索广义相对论中发挥着自己的作用。
马修·贝尔斯（Matthew Bailes），斯威本科技大学ARC奖得主研究员。以及马克斯·普朗克研究所的科学人员维维克·文卡特拉曼·克里希南(Vivek Venkatraman Krishnan)。
作者: Matthew Bailes
FY: 考拉小巫
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