磁场能扭曲时空吗?
来自美国国家航空航天局和密西根大学的天文学家表示,在中子星周围观察到一些铁气体的线性尾巴,证明确实存在时空扭曲,并表示可以据此计算天体的大小极限。美国国家航空航天局·戈达德太空飞行中心和马里兰大学研究小组成员苏蒂普·巴塔查耶(Sutip Batachaye)表示,由于科学家在黑洞甚至地球周围都观察到了同样的扭曲,这一发现并不令人惊讶,但对于回答物理学中的基本问题具有重要意义。巴塔查耶说:“这属于基础物理学的范畴。中子星中心可能存在各种奇怪的粒子或物质状态,比如夸克物质。因为我们无法在实验室进行模拟实验,所以找到答案的唯一方法就是了解中子星。”
中子星是一种密度极高的恒星,相当于把比太阳重的东西压进一个城市大小的球体里。几个杯子里中子星物质的重量可以超过珠穆朗玛峰。天文学家将这些破碎的中子星作为天然实验室,研究物质在极端自然压力下是如何被紧紧挤压的。然而,在开始解开隐藏在这些衰变中子星下的谜团之前,科学家们必须非常精确地测量它们的直径和质量。在目前的两项研究中,天文学家利用欧洲航天局的XMM- Newton X射线天文台和日本/美国国家航空航天局的朱雀X射线天文台观测和测量了三对双中子星,即蛇夫座X-1、GX349+2和4U 1820-30。科学家还研究了热铁原子发出的谱线,它们在中子星表面上方快速旋转形成圆盘状,旋转速度高达光速的40%。
一般来说,测量过热铁原子的谱线应该有均匀对称的峰。然而,天文学家的测量结果显示出偏斜的峰值,这意味着相对论效应的扭曲。他们认为气体的快速运动(以及相对较强的引力)导致了谱线的扭曲,形成了更长的波长尾。同时,这些测量使科学家能够确定恒星的最大尺寸。密歇根大学XMM牛顿研究团队成员爱德华·卡克特(Edward Carkett)说:“我们看到铁气体在中子星表面外快速旋转。由于圆盘内部显然不可能比中子星表面绕得更近,这些测量使我们能够确定中子星直径的最大尺寸。根据我们的估计,中子星的最大直径只有20.5英里(33公里)。”
爱因斯坦的广义相对论是现代物理学的基石。它的本质是引力存在于两个物体之间是因为重力场扭曲了四维时空。1919日食时的观测结果证实了太阳引力使星光发生了弯曲。1976年,美国国家航空航天局的引力探索A项目将一个原子钟送入了距离地面10000公里的太空,证实了爱因斯坦关于引力会使时间变慢的猜想。理论上,时空扭曲的发生可以通过监测绕地球运行的陀螺仪转轴的位置来验证。参考星座确定后,如果发生时空畸变,陀螺仪转轴与参考星座的方向关系会发生变化。根据牛顿的力学原理,陀螺仪对准参考星座后,如果没有外界干扰,就会一直对准。但根据爱因斯坦的理论,地球自转和重力场造成的时空扭曲会使陀螺仪和参考星座的相对方向发生变化。