日前，一組國(guó)際研究人員探索到一個(gè)全新的方法，使得浩瀚宇宙中的脈沖星成為更為精確的宇宙之鐘。校準(zhǔn)這臺(tái)“時(shí)鐘”，將極大促進(jìn)對(duì)宇宙漣漪  引力波的搜索工作。
捕捉時(shí)空之海的漣漪

    新研究使脈沖星變身宇宙最精確的時(shí)鐘

    人們常以為恒星如其名，是亙古不變的，但并不是所有的恒星都那么“乖巧”，它們中還存在一類“變星”，在光學(xué)波段的物理?xiàng)l件和光學(xué)波段以外的電磁輻射有變化。脈沖星，就是變星的一種。

    日前，一組國(guó)際研究人員探索到一個(gè)全新的方法，使得浩瀚宇宙中的脈沖星成為更為精確的宇宙之鐘。校準(zhǔn)這臺(tái)“時(shí)鐘”，將極大促進(jìn)對(duì)宇宙漣漪  引力波的搜索工作，而引力波被稱之為“愛因斯坦廣義相對(duì)論中最后一個(gè)尚未被證明是對(duì)的組成部分”，它的出現(xiàn)將帶領(lǐng)人們發(fā)掘宇宙起源最深處的奧秘。

    脈沖星的特有節(jié)拍

    1967年，劍橋大學(xué)的天文學(xué)家在狐貍座首次發(fā)現(xiàn)一顆脈沖星，當(dāng)時(shí)引起了天文學(xué)界的極大轟動(dòng)，相關(guān)發(fā)現(xiàn)者因此榮獲1974年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

    這顆脈沖星發(fā)出的信號(hào)被彼時(shí)人們稱為“宇宙中一盞閃爍的燈塔”，它發(fā)出有規(guī)律的脈沖信號(hào)且周期十分穩(wěn)定，為1.337秒，精確到不像是自然界天體會(huì)發(fā)出的。據(jù)說，更早之前，一位著名天體物理學(xué)家就曾于獵戶座發(fā)現(xiàn)顫抖的射電信號(hào)，但他卻以為是自己的記錄儀發(fā)生故障，對(duì)著儀器踢了一腳，于是顫抖信號(hào)消失，他也因此與諾貝爾獎(jiǎng)失之交臂，事后念及后悔不迭。

    亦因?yàn)槊}沖星的信號(hào)過于有規(guī)律，在一段時(shí)期內(nèi)，人們甚至認(rèn)為這是宇宙深處智慧生物發(fā)來的“聯(lián)絡(luò)電報(bào)”，第一顆脈沖星就一度被命名為“小綠人1號(hào)”。但在幾位天文學(xué)家一年的努力后，終于證實(shí)，這確為一類天體，正是由于它的快速自轉(zhuǎn)而發(fā)射出電脈沖。

    但恒星要成為脈沖星可并不容易，需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)。而只有體積小、質(zhì)量卻大（即密度極高）的恒星，才有足夠強(qiáng)大的磁場(chǎng)。人們一下子想到假說中的天體  中子星，在理論預(yù)言里，中子星密度大得驚人，完全符合脈沖星的強(qiáng)度和頻率要求。于是，脈沖星又立一功，讓中子星真正由假說成為事實(shí)，這是上世紀(jì)天文學(xué)上的一座里程碑。

    而脈沖星超高穩(wěn)定的時(shí)間特征，使它顯露出成為天文時(shí)鐘的巨大潛力。

    宇宙之海蕩起波紋

    引力波被專家稱為“愛因斯坦廣義相對(duì)論中最后一個(gè)尚未被證明是對(duì)的組成部分”，是指引力場(chǎng)從星體或星系中輻射出來的、以行進(jìn)波的形式向外流動(dòng)，簡(jiǎn)單說，其描述了時(shí)空中的波動(dòng)向外傳遞的形式。預(yù)言中其傳播速度等于光速。

    按理講，深空中的突變性事件，如超新星爆發(fā)、黑洞形成、大型天體相撞這些過程，都能輻射出較強(qiáng)引力波，但事實(shí)上，在地球上進(jìn)行的引力波直接搜尋的所有努力最終都以失敗告終。因?yàn)椋�盡管這些波動(dòng)的確造成地球上各處相對(duì)距離的變動(dòng)，但當(dāng)它們到達(dá)地球的時(shí)候已變得非常弱了，其變動(dòng)的數(shù)量級(jí)對(duì)于地球最先進(jìn)的引力波探測(cè)器來說，小于一顆質(zhì)子直徑的千分之一。因而引力波目前只能是廣義相對(duì)論的預(yù)言。

    盡管真身未現(xiàn)，引力波可不是模糊的理論或難以捉摸的形態(tài)。天文學(xué)家已能通過觀測(cè)雙星軌道參數(shù)的變化，間接驗(yàn)證引力波的存在。脈沖星雙星系統(tǒng)PSR1913+16，系統(tǒng)內(nèi)有兩顆中子星，以極其緊密快速的模式互相環(huán)繞對(duì)方，其呈現(xiàn)的漸進(jìn)式旋近，旋近時(shí)率恰好是廣義相對(duì)論所預(yù)期的值，證實(shí)了理論的準(zhǔn)確說明。

    這次著名的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)再次產(chǎn)生了一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，亦將脈沖星與引力波牽上了千絲萬縷的聯(lián)系。

    校準(zhǔn)一臺(tái)“宇宙時(shí)鐘”

    脈沖星就像個(gè)“飛輪”般高速旋轉(zhuǎn)，有的甚至可以達(dá)到每秒714圈，旋轉(zhuǎn)過程中其磁場(chǎng)形成強(qiáng)烈的電波向外界輻射。

    科學(xué)家當(dāng)然不會(huì)放過這個(gè)天然太空實(shí)驗(yàn)室。在對(duì)其深入研究后，人們發(fā)現(xiàn)脈沖星雖擁有強(qiáng)烈的規(guī)律性，但要想成為一臺(tái)檢測(cè)時(shí)空曲率的精密儀器，它的旋轉(zhuǎn)還稱不上“完美的穩(wěn)定”。任何輕微的不規(guī)則變化都會(huì)大大降低它們作為時(shí)間儀器的價(jià)值。

    借助位于曼徹斯特焦德雷爾班克天文臺(tái)的76米洛弗爾射電望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家們對(duì)為脈沖星所發(fā)出的無線電信號(hào)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的追蹤，并最終取得了突破。由曼徹斯特大學(xué)教授安德魯0?扯髁斕嫉墓?恃芯啃∽楦?萋甯ザ??毒檔氖?藎?饈土寺齔逍切??牟鉅煨裕?⒉?雋艘恢幟芄恍Ｕ??塹姆椒ā?/P>

    小組人員將報(bào)告發(fā)表于6月末出版的《科學(xué)快訊》。據(jù)研究者稱，他們得到的一個(gè)最突出成果，是發(fā)現(xiàn)了脈沖星其實(shí)是有兩個(gè)自轉(zhuǎn)速率而非只有一個(gè)，而脈沖星就在這兩個(gè)速率之間進(jìn)行著突然與不可預(yù)測(cè)的切換。

    這種切換所產(chǎn)生的變化，與脈沖星所散射出的脈沖形狀變化密切相關(guān)。鑒于此，對(duì)于任何特定時(shí)間脈沖形狀變化所做的精確測(cè)量，都已經(jīng)暗含了對(duì)減速率的準(zhǔn)確記錄，可以此進(jìn)行校正。這極大地提高了脈沖星們作為“宇宙時(shí)鐘”的精確性能。

    令物理學(xué)家欣喜不已的是，這項(xiàng)結(jié)果推動(dòng)了對(duì)宇宙學(xué)更深遠(yuǎn)的研究。其提供了一種全新見解，指出脈沖星這個(gè)處于極端物理?xiàng)l件下星體的狀態(tài)。更為重要的是，對(duì)“宇宙時(shí)鐘”的精確掌握，可使得探索引力波的實(shí)驗(yàn)更加精益求精，當(dāng)引力波穿越“宇宙時(shí)鐘”并致其發(fā)生任何變化時(shí)，人們可以獲知并證明廣義相對(duì)論的最后一個(gè)預(yù)言，進(jìn)而一步步邁進(jìn)宇宙的最神秘領(lǐng)域。