科学家利用脉冲星磁极发出的射电辐射，检验了极端物理条件下的广义相对论效应。这篇论文发表于2019年9月6日的《科学》杂志。
脉冲星示意图。脉冲星是快速旋转的中子星，其质量略大于太阳，但是直径仅约20公里，是一种非常致密的天体。 它们具有极强的磁场，并沿其磁轴在其相对的磁极上方发射一束射电波。 由于它们的自转非常稳定，发射的射电辐射就像灯塔旋转一样造成脉冲。
由于脉冲星磁场极强并且非常致密，天文学家尝试利用其测定极端物理条件下的广义相对论效应。
研究观测的目标是一颗年轻的脉冲星，编号为PSR J1906+0746，旋转周期为144毫秒。它同时围绕着另一颗中子星公转，周期大约4小时，其轨道非常接近银河系的平面。
“PSR J1906+0746是一个独特的实验室，我们可以同时测定射电脉冲发射机制并测试爱因斯坦的广义相对论。”文章第一作者、德国马克斯普朗克射电天文学研究所(MPIfR)的研究员格雷戈里·德云(Gregory Desvignes)说。
该研究小组使用305米的Arecibo射电望远镜，以1.4GHz的频率在2012年至2018年持续观测这颗脉冲星，并且补充了2005年至2009年间Nançay和Arecibo射电望远镜的档案数据。最终，研究小组获得了从2005年7月到2018年6月的47个时间段观测数据。
研究小组注意到，一开始脉冲星南北两极的脉冲都是可见的，每个周期北极和南极光束都会指向地球一次。随着时间的推移，北极光束消失，只有南极光束仍然可见。通过分析辐射的偏振信号，研究小组测定了脉冲星的几何结构。这些结论完美符合广义相对论的预测。
“Pulsars可以提供独特的引力测试，”该研究的合作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)的英格瑞德﹒史泰尔斯(Ingrid Stairs)教授说，“这项研究就是一个很好的例子。”
此外，该团队可以预测PSR J1906+0746两极射电光束的消失和再现。南极光束将在2028年左右从视线中消失，并在2070年至2090年之间重新出现。北极光束将在2085年至3105年左右再次出现。
这项为期14年的实验还为脉冲星本身的物理机制提供了令人兴奋的新信息。该团队意识到我们的视线已经越过了南北方向的磁极，不仅可以收到磁极光束，还可以研究磁极上方的射电发射条件。
“令人非常欣慰的是，几十年后，我们的视线首次穿过脉冲星的磁极，证明了1969年提出的模型的有效性，”文章合作者、北京大学科维理天文学和天体物理学研究所(Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics)的李柯伽教授解释道，“而光束形状本身却是意外地不规则。”
“我们花了很长时间才完成实验，”MPIfR的射电天文学基础物理学研究部主任迈克尔﹒克莱默(Michael Kramer)总结道：“可惜的是，现在学术界都追求快速出成果。而这个脉冲星研究教给我们很多，耐心和勤奋真的得到了回报。”
