宇宙三星系統發現或顛覆愛因斯坦相對論

2月27日消息，愛因斯坦相對論可以說是現代天體物理學重要的理論依據，但是隨著太空探索的不斷深入，一些新的發現正在衝擊著這一理論。尤其是最新發現的宇宙三星系統，及三體系統，或許在未來將顛覆愛因斯坦的相對論，開啟宇宙天體物理學的新紀元。

這顆脈衝星——隨著自身旋轉會向太空釋放如燈塔般的無線電波的中子星——最初是由美國西弗吉尼亞大學的研究生賈森·博伊爾(Jason Boyles)利用美國國家科學基金會的綠岸射電望遠鏡(GBT)發現的 。該天體距離地球大約4200光年，每秒旋轉366次。這種高速旋轉的脈衝星也被稱為毫秒脈衝星，它對天 文學家來說非常有用，因為可以被用於研究萬有引力。

這一星座使得科學家們能夠以前所未有的方式測 量恆星之間複雜的引力相互作用，或可以幫助解開引力的真正本質。在觀測到這一脈衝星後，天文學家注意到這顆脈衝星附近還存在兩顆白矮星——一顆位於脈衝星近軌道 ，另一顆則相對更遠。這是首次在這樣的三星系統里發現毫秒脈衝星，用美國國家自然科學基金會下國 家射電天文台(National Radio Astronomy Observatory,簡稱NRAO)的天文學家斯考特·蘭森(Scott Ransom)的話來說，它將提供「研究引力本質和效應的巨大機會。」

蘭森說道:「這個三星系統為我們提供了一個更好的天然宇宙實驗室，我們能夠精確地了解這個三星系 統是如何運作的以及潛在的檢測廣義相對論里存在的問題，物理學家一直期望在極端環境里觀測到這些 問題。」

在觀測到該系統後，科學家們利用綠岸射電望遠鏡、位於波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡以及位於荷蘭 的韋斯特博克綜合射電望遠鏡進行了一次密集的觀測，同時還結合了來自斯隆數字巡天、GALEX衛星、亞 利桑那州基特峰WIYN望遠鏡以及斯皮策太空望遠鏡的額外數據。「引力干擾對該系統里的每個天體造成 的影響都非常純粹和強大。毫秒脈衝星作為非常強大的工具，令人驚訝的能夠極好的測量這些干擾。」 蘭森說道。

通過高精度的記錄如燈塔般的無線電波射線，研究小組能夠計算出系統的幾何學以及以「無法比擬的精度」測量這些恆星的質量——有些精確到幾百米，荷蘭無線電天文學研究所的安妮·阿奇博爾德(Anne Archibald)這樣說道。阿奇博爾德利用對該系統的測量建立了電腦模擬。

這項研究結合了艾薩克·牛頓(Isaac Newton )倡導的技術，利用阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)提出的引力理論研究地球的引力。研究小組尤為感興趣的是尋找等效原理里的偏差，該原理 陳述了對一個天體產生引力的效應並不取決於該天體物質的大小。它解釋了為什麼在沒有空氣阻力的月 球上，羽毛和鎚子會以相同的速度下降，它還解釋了為什麼不同材料的小球會同時滾下山坡——這一現 象最初是由伽利略演示的。

蘭森解釋稱:「雖然愛因斯坦的廣義相對論目前被每一項實驗證實，但它與量子理論並不兼容。因此物 理學家預測它在極端條件下會瓦解。這個緊湊恆星組成的三星系統為我們提供了一次罕見的機會，能夠 尋找名為強等效原理的等效原理特定形式的變數。」

這個三星系統將使得天文學家能夠透過對脈衝星「燈塔」閃光的高精度觀測確定事實是哪種情況。如果 強等效原理被證明是正確的，那麼外部白矮星的引力效應將對內部白矮星和脈衝星產生一樣的效果。如 果強等效原理不成立，那麼外部白矮星對內部白矮星和脈衝星產生的引力作用將有輕微的不同。

「尋找強等效原理里存在的偏差將暗示著廣義相對論的瓦解並為我們指向一項新的正確的引力理論。」 英屬哥倫比亞大學的英格麗·斯黛爾斯(Ingrid Stairs)這樣說道。這項研究成果被發表在1月5日的期 刊《自然》上並將在第223次美國天文學家協會會議上展出。