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天眼新发现刷屏!宇宙时钟慢了一纳秒,牵出罕见三体系统?

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这桩案子的突破口,说起来非常小,小到什么程度?一颗号称“宇宙最准的钟”,每年慢了1纳秒。



先说说,这口钟为什么这么准。

脉冲星,是大质量恒星死亡后留下的产物。

一颗恒星燃烧到生命尽头后,发生超新星爆发,核心猛烈坍缩,把几倍太阳的质量压进直径只有几十公里的中子星里。

这种中子星转得极快,又带有强磁场,它磁极两端发出的辐射束,会随着自转扫过宇宙,看起来就像一座高速旋转的灯塔。

J0435+3233的自转周期只有3.2毫秒,也就是说,它每秒能转三百多圈。



故事要从2020年6月8日说起。

那一天,FAST在漂移扫描巡天中发现了这颗新的脉冲星,一开始,它看起来没什么特别。

可随着观测数据越来越多,问题出现了,它的自转周期,每年会增加1纳秒,1纳秒,就是十亿分之一秒。

听起来小得几乎可以忽略,但对毫秒脉冲星来说,这个变化非常不正常。

因为脉冲星最出名的特点就是稳定。尤其是这种毫秒脉冲星,正常情况下自转变化极其微弱,J0435+3233这个变化幅度,大约是同类正常变化率的一百倍。

这就不对劲了,如果它只是和一颗白矮星组成普通双星系统,现有模型怎么都解释不了这个异常。

于是问题来了:到底是谁,在悄悄拖慢这口宇宙时钟?



科学发现有时候很像破案。

先把所有不可能的解释一个个排除掉,最后剩下的那个答案,哪怕听起来再离奇,也可能就是真相。

这里面包括盖亚卫星的数据、2微米全天巡天和泛星计划的光学数据,也包括费米卫星18年积累下来的160个有效伽马光子,再加上FAST的射电观测结果。

多波段数据一拼,那个藏在暗处的“第三者”,终于露面了:它是一颗质量和太阳几乎相当的恒星。

这颗恒星并不在内层,而是在很远的地方,沿着一条拉得很长的椭圆轨道,绕着脉冲星和白矮星组成的双星系统运行。

它的轨道偏心率达到0.6,公转周期是73.5年。



也就是说,正是这颗远处的恒星,用自己的引力一点点扰动了内层双星系统,让那口极其精密的宇宙时钟出现了异常。

第三颗星找到之后,科学家又进一步还原了这三颗星的身世,它们不是后来半路凑到一起的,而是从同一团气体云里诞生的“三胞胎”。

最早出生、也是最重的那颗恒星,大约有20个太阳质量。

恒星越重,燃烧越猛烈,寿命也越短。它只用了几千万年,就耗尽燃料,发生超新星爆发,最后变成了今天这颗脉冲星。

第二颗恒星初始质量是太阳的几倍,也已经走完了自己的壮年阶段,最后坍缩成一颗白矮星。

第三颗最轻,质量和太阳差不多,因为它离得比较远,两个“哥哥”的剧烈演化没有真正摧毁它,所以它到现在还在稳定燃烧。

在这三兄弟里,它是唯一还活着的恒星。



说到三体,很多人第一反应肯定是刘慈欣的《三体》。

答案在它们的排布方式里,小说里的三体问题,是三颗质量相近的恒星互相拉扯。

它们只受万有引力支配,但轨道没有一个简单通用的解析解,初始状态只要差一点,之后的运行轨迹就可能完全不同。

这就是混沌,但真实宇宙里的很多三体系统,不是这样互相死拽的结构。



在这种结构里,内层双星的引力占主导,外层第三颗星虽然会产生扰动,但影响相对有限。这样一来,整个系统反而可以长期保持稳定。

离地球最近的半人马座α系统,也就是比邻星和另外两颗恒星组成的三星系统,就是类似结构,它也正是刘慈欣写《三体》时的重要灵感来源。

换句话说,宇宙并没有硬解那道无解的题,而是换了一种姿势绕开了它。

那人类为什么会对这样一个三体系统这么感兴趣?因为它的价值,远不只是“科幻成真”这么简单。

2014年,美国团队曾经用绿岸射电望远镜发现过第一例脉冲星三体系统,但那套系统里的三颗星,演化基本已经结束,更像是一具定格的“三体化石”。

而FAST这次发现的J0435+3233不一样,它是一个还在演化中的活体样本。



三颗星的演化过程还没有彻底收尾,很多变化仍然摆在科学家眼前,这种系统的研究价值,自然不可同日而语。

脉冲星本身就是极其精密的时钟,如果再叠加三颗星之间复杂的引力相互作用,这个系统就变成了一个天然的引力实验室。

科学家可以借它检验强等效原理,也可以用它验证广义相对论在极端环境下是否仍然成立,欧洲四国团队后来也进行了独立分析,得出了相同结论。

而中国团队把三体之间的引力相互作用和相对论效应都纳入计算后,得到的轨道参数精度比过去高出一个量级。

说到底,观测科学拼到最后,拼的就是设备、数据和耐心。

FAST现在已经发现了超过一千颗脉冲星,这一次能破掉这桩“三体悬案”,正是长期积累出来的结果。

这件事有意思的地方在于,它真的像一场发生在宇宙里的侦探故事,没有人亲眼看见那片星空过去发生了什么。



科学家手里只有一串又一串脉冲信号。

先是发现那口钟慢了,然后顺着这1纳秒的异常,一点点往回追,最后,找到了远处那个真正的“肇事者”,还原出三颗恒星几十亿年的生老病死。

贵州群山里的这口大望远镜,替全人类望向遥远星空,也把一个道理讲得很明白:这个世界最怕的,从来不是问题难解。

而是没人愿意为了十亿分之一秒的异常,认真追上五年。

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