通过追踪恒星三体系统中的脉冲星检验自由落体普适性

爱因斯坦的引力理论——广义相对论——已在实验室、太阳系其他地方以及脉冲星双星中通过了严格检验。然而众所周知它与量子力学不相容，并且在强场与小空间尺度下必然偏离物质的真实行为。广义相对论待检验的一个关键方面是强等效原理（SEP），其表述为所有自由落体物体，无论其引力多强，在相同引力场中经历相同加速度。本质上所有广义相对论的替代理论都在某种程度上违背该原理。先前的 SEP 直接检验受限于地球-月球-太阳系统中天体的弱引力，或受限于星系对脉冲星-白矮星双星的弱引力拉拽。PSR~J0337+1715 是一个层级式恒星三体系统，其中内双星由一颗毫秒射电脉冲星与一颗白矮星在 $1.6$ 天轨道上组成。该内双星与另一颗白矮星处于 $327$ 天轨道上。在此系统中，脉冲星与内伴星向外伴星下落的加速度约为在星系势中下落所产生加速度的 $10^8$ 倍，且脉冲星的引力束缚能约为其质量的 $10\%$。本文我们报道：尽管脉冲星引力很强，它所经历的与内白矮星所经历的加速度之差不超过 $2.6\times 10^{-6}$（$95\%$ 置信水平）。我们可通过强场 Nordtvedt 参数 $\hat\eta_N$ 将此大致与其他 SEP 检验比较。我们对 $\hat\eta_N$ 的限制比（弱场）太阳系 SEP 检验所得小一个数量级，且比其它强场 SEP 检验所得小近千倍。