第47章 PSR J0737－3039 (3/7)

是信号路径与透镜天体中心的距离，b

是

impact

parameter（信号路径与透镜天体中心的最近距离）。

通过测量a星脉冲穿过b星引力场的夏皮罗延迟，天文学家精确测定了b星的质量（1.250

m☉），误差仅0.004

m☉——这是人类历史上对中子星质量最精确的测量之一。同样，b星脉冲穿过a星引力场的延迟，也让a星的质量误差缩小到0.002

m☉。

三、广义相对论的“终极检验”：四个关键预言的验证

psr

j0737-3039的价值，在于它能同时对广义相对论的四个强场预言进行检验——这是单脉冲星系统或赫尔斯-泰勒脉冲星无法做到的。

1.

引力波辐射导致的轨道衰减

广义相对论预言，加速运动的大质量天体会辐射引力波，从而损失能量，导致轨道周期缩短。对于双中子星系统，轨道周期变化率\\dot{p}_b的公式为：

\\dot{p}_b

=

-\\frac{192\\pi^3

g^{5\/3}

m_1

m_2

(m_1

+

m_2)^{1\/3}}{5

c^5

a^{5\/3}

(1

-

e^2)^{7\/2}}

其中，a

是轨道半长轴，e

是偏心率。

对于psr

j0737-3039，代入参数后，理论预言的\\dot{p}_b约为-2.4x10^{-12}（负号表示周期缩短）。通过观测两颗脉冲星的计时残差，天文学家测得的\\dot{p}_b约为-2.37x10^{-12}——误差仅1.25%，与理论完全吻合。

更关键的是，这个测量比赫尔斯-泰勒脉冲星的精度高了10倍。赫尔斯-泰勒的\\dot{p}_b测量误差约为5%，而psr

j0737-3039的误差小到足以检测到“引力波反作用”的微小效应——即引力波辐射不仅会让轨道衰减，还会轻微改变两颗中子星的自旋方向。

2.

测地线进动：自转轴的“引力摇晃”

广义相对论预言，当一颗天体处于另一颗大质量天体的引力场中时，其自转轴会绕着共同的质心进动（类似陀螺因重力而摇晃）。对于双脉冲星系统，这种“测地线进动”会导致：

脉冲星的脉冲轮廓发生变化（因为自转轴的指向在改变）；

轨道平面的方向发生微小旋转（“轨道进动”）。

通过分析两颗脉冲星的脉冲到达时间变化，天文学家测得：

a星的自转轴进动速率约为16.9度\/年；

b星的自转轴进动速率约为3.2度\/年。

这些数值与广义相对论的预言完全一致，误差仅约2%。更重要的是，测地线进动的测量让天文学家首次直接观测到中子星的自旋与轨道角动量的耦合——这是理解双中子星合并前动力学的关键。

3.

夏皮罗延迟：“引力场中的时间膨胀”