由上式可以看到，只有

R足够小的星，才可能使非相对论

因素大大减弱，而使相对论因素明显超过非相对论因素。

所以，只有由两颗致密星（

R很小）组成的双星体系，才

有可能是一个良好的检验引力波理论的天空实验室。

然而，直到

1974年以前，没有发现一个双星，是由两个致

密星组成的。

PSR1913＋16——一个理想的

相对论天空实验室

1974年底，美国­射­电天文学家胡尔斯及泰勒发现了一颗

­射­电脉冲星。名字叫做

PSR1913＋16(1)。这颗星与众不同。在

当时，所有发现的­射­电脉冲星都是单星，唯独

PSR1913＋16

(1) PSR是­射­电脉冲星的意思，

1913是赤经，

+16是赤纬

·112·

肯定是双星中的一个成员。

肯定是双星中的一个成员。

有

59毫秒。在所有已发现的

­射­电脉冲星中，它的周期仅次于蟹状星云脉冲星（见第九章），

居第二位。此外，双星系统的周期也很短，不到

8小时，但偏

心率很大。这些特征集中在一起是十分罕见的事例。它引起

了很多人的注意。

这个双星系统，我们只能测到其中的 PSR1913＋16，另

外一颗到底是什么星呢？可以通过双星的演化来作一些推

测。

一个双星系统，大体按照图（

10-4）所表示的几个阶段进

行演化。其中第一个阶段是两个普通的恒星。第二阶段是，其

中质量较大的一个开始膨胀，不断有物质从这颗星流到质量

较小的星上去。第三阶段是质量较大的星发生超新星爆发变

成一颗致密星。第四阶段是原来质量较小的星开始膨胀，不

断有物质流到致密星上，这时的双星体系，应是一个

X­射­线双

星。第五阶段，原来质量较小的星也发生超新星爆发而形成

致密星，这就到了双致密星阶段。

当发生超新星爆发的时候，要释放出大量的能量，常常会

使整个双星体系解体，所以，在双星中有致密星的情况较少。

形成双致密星要经过两次的超新星爆发，经过两次爆发居然

还不发生解体，自然是非常稀罕的事。所以双致密星体系是

一种很稀有的品种。

不过从

PSR1913＋16的­性­质来看，那颗看不到的星，大

概也是一颗致密星。因为，PSR1913＋16不发­射­

X­射­线，所

·113·

·114·

以它不可能处于第四阶段。此外，

PSR1913＋16的双星距离

很小，也不可能是处在第三阶段的双星（即另一颗是非致

密星）。第一及第二阶段根本不含任何致密星，所以更不可能

是

PSR1913＋16的现状。这样就只留下了一种可能，即

PSR1913＋16是个双致密星体系。

PSR1913＋16 是当时知道的唯一双致密星体系。它也

是目前找到的唯一适用于检验相对论引力波理论的天空实验

室。

引力辐­射­阻尼的证实

按照广义相对论，双致密星体系周期变短主要是由引力

辐­射­阻尼引起的。因此，只要我们能观测到

PSR1913＋16

存在这种周期变短现象，就能对理论的成败给出不含糊的证

据。

泰勒等人对

PSR1913＋16进行了四年多的监视­性­观

测。测量次数超过一千次。使许多观测参数的­精­度达到百亿

分之几。他们的确发现了这颗双星的周期在稳定地变短。图

10-5是它的转动位相与时间的关系图。如果没有周期变短，

则应是一条水平线。但实际测量结果由图中的一些圆点表

示，图中的曲线则是按照引力辐­射­阻尼理论计算出来的结果。

理论与观测之间的符合是一目了然的。

引力辐­射­阻尼理论的定量证实，意义十分重大。它把引

力物理推进了一大步。再一次令人信服地证明了广义相对论

·115·

的正确­性­。

这个成功象中子星的发现一样，也是多方面工作的巧妙

结合。在理论工作上它涉及广义相对论，双星演化理论、各种

周期变化的计算。而

的正确­性­。

这个成功象中子星的发现一样，也是多方面工作的巧妙

结合。在理论工作上它涉及广义相对论，双星演化理论、各种

周期变化的计算。而

径

300米）­射­电望

远镜，用到了­精­密的

守时技术以及

X­射­线

和光学的观测。

如果说十九世纪

牛顿引力理论最出­色­

的观测证实就是海王星的发现。那么，二十世纪相对论引力

理论最出­色­的观测证实可能就是这一次引力辐­射­阻尼的监测

了。

图

10-5 PSR1913+16的转动

位相与时间的关系

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