利用脉冲星探测人马座A*时空的前景

在人马座A*周围致密轨道上发现射电脉冲星，将允许对这颗超大质量黑洞的时空进行前所未有的详细研究。本文表明，脉冲星计时——包括对单颗脉冲星的计时——有潜力提供对广义相对论的新颖检验，特别是其宇宙监督猜想和对旋转黑洞的无毛定理。这些实验可以通过计时观测以100微秒的精度进行，利用平方公里阵列对频率高于15 GHz的正常脉冲星即可实现。基于标准脉冲星计时技术，我们开发了一种方法，可以确定人马座A*的质量、自旋和四极矩，并提供对测量误差的一致性协方差分析。此外，我们在详细的模拟数据中检验了该方法。似乎只有在轨道周期低于约0.3年的情况下，才可能使外部扰动忽略不计。对于这样的轨道，如果人马座A*快速自转，我们预期在5年内对参考系拖曳效应的检验精度达到约10^-3，对无毛定理的检验精度达到约10^-2。我们的方法还能够识别人马座A*周围分布质量引起的扰动，从而为这些引力检验提供高置信度。我们的分析不受银心距离R0知识不确定性的影响。将脉冲星计时与恒星轨道的天体测量结果相结合，将极大地提高R0的测量精度。