据space.com报道：一个国际天文学家小组对太阳系以外的引力进行了最精确的测试。通过结合NASA哈勃太空望远镜和欧洲南方天文台甚大型望远镜(VLT)的数据，科学家发现到一个星系引力造成的时空扭曲现象，这与爱因斯坦广义相对论所预测的一样。这是首次证实了广义相对论在星系尺度上的有效性，其研究成果近日发表在《科学》杂志上。
LRG 3 - 757星系的引力透镜 图源：NASA
1915年，阿尔伯特·爱因斯坦提出了广义相对论，解释引力是如何工作的。此后，广义相对论在太阳系内通过了一系列高精度的测试，但在大天文尺度上还没有这方面精确的测试。
1998年，两个天文学家小组的研究结果显示，宇宙现在比过去膨胀得更快。科学家提出了“暗能量“来解释这一现象。然而，这种解释是基于广义相对论在宇宙学尺度上仍然适用的基础上。所以检验引力的长距离特性对验证我们的宇宙学模型很重要。
近日，朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所的托马斯·科莱特博士率领的一个天文学家小组，利用附近的一个星系作为引力透镜，在天文长度尺度上对引力进行精确测试。
什么是“引力透镜效应”呢？广义相对论预测，大质量物体会使时空发生变形。这意味着当光线经过另一个星系附近时，光线的路径会发生偏转。
强引力透镜
如果两个星系沿着我们的视线排列，这可能会产生一种现象——强引力透镜。如图，光线经过大质量天体时发生偏折，产生明显的虚像，通过不同的路径进入观测者的视野。观测者看到的源天体位置和眼睛的视线形成一条直线。而光线偏折的方向是四面八方的，这样，就形成了传说中的“爱因斯坦环”。
发生强引力透镜时，我们观测到背景星系产生的多个虚像形成“爱因斯坦环”。通过测量环的半径就可以计算出时空曲率。如果我们知道前景星系的质量，就可以通过多重图像之间的分离量，来验证广义相对论在星系尺度上正确的引力理论是否也适用。
弱引力透镜
弱引力透镜效应的引力太过微小，不足以形成虚像，仅仅只改变源天体的椭率，使它们产生轻微形变，人们很难发现它们扭曲。在视觉上，弱引力效应会使源天体看起来更亮。那么如何发现天体是否产生了弱引力效应呢？如果在一片区域中，天体发生形变的模式是相同的，那么我们就可以判断这片区域可能发生了弱引力效应。
用弱引力效应来测白矮星的质量
虽然已发现的强引力透镜有数百个，但大多数距离太远，所以无法精确测量它们的质量。而星系ESO325 - G004是距离地球5亿光年的最近的透镜之一。
科莱特博士说：“我们利用智利超大型望远镜来测量E325中恒星的移动速度，从而推断出E325需要多大的质量，才能使这些恒星保持在轨道上。然后，我们将这一质量与我们用哈勃太空望远镜观察到的强透镜图像分离进行了比较，结果正好是广义相对论预测的9 %精度。这是迄今为止对广义相对论在太阳系外最精确的测试。”
“宇宙是一个令人惊异的地方，提供这样的透镜，作为我们的实验工具。”团队成员鲍勃·尼科尔教授补充说：“用世界上最好的望远镜挑战爱因斯坦，却发现他的理论多么的正确，真是令人欣慰。”
星系团SDSS J0146-0929扭曲周围的时空，一个遥远星系星光从附近穿过，发生偏折后进入地球
閱讀更多 鳳凰資訊網 的文章
