三年前，天體物理學家湯姆·科利特開始測試一種理論。不只是任何理論，而是讓科學家們對宇宙運行方式產生預期的理論:愛因斯坦的廣義相對論。該理論首次發表於1915年，在數學上描述了重力是如何從空間和時間的基本幾何圖形(物理學家稱之為時空)中產生的。它假設緻密的物體，如地球和太陽，在時空中產生了像山谷一樣的凹陷，表現為重力——將星系的旋轉恆星結合在一起的力量，將行星圍繞著太陽，在地球(或任何其他行星)上，讓你的腳停留在地面上。
愛因斯坦的方程支持了許多現實世界的應用，如全球定位衛星，使精確導航和瞬間金融交易成為可能。他們還闡明瞭一些其他難以解釋的現象，包括水星的奇球軌道，以及一些新的現象，比如引力波，這些現象在廣義相對論首次亮相後一個世紀才被直接觀測到。在測試後測試中,無論是在地球上還是在觀測遙遠的宇宙,這個理論已經出現unscathed-a成功所以驚人的不可動搖的吸引特定品種的科學家就像飛蛾撲火一般flame-each尋求在愛因斯坦理論揭示了裂縫,可能導致未來突破物理。
英國朴茨茅斯大學的研究員科萊特就是其中之一。他說:“廣義相對論對於我們解釋宇宙和天體物理數據集的假設是如此的基礎，我們最好確定它是對的。”帶著這種想法，在2015年，科萊特與9位同事合作進行了迄今為止最敏感的實驗，以測試愛因斯坦著名的理論是否在整個銀河系的尺度上站得住腳。他們的研究結果發表在6月21日的《科學》雜誌上，重申了愛因斯坦的理論仍然是至高無上的。
即便如此，廣義相對論在某些方面也並非不完整，甚至可能存在根本缺陷:例如，它無法解釋黑洞內部的條件，也無法解釋大爆炸初期的情況。這個理論還與現代天文學和宇宙學的一個基本原則——宇宙中充滿了暗物質——一種神秘的、看不見的物質，只能通過重力與正常物質相互作用——有著複雜的關係。
天文學家在20世紀30年代發現了暗物質的第一個跡象，他們觀測到恆星在其他星系周圍運動的速度如此之快，以至於它們本應分裂成星系間的空間;這樣，或者廣義相對論的引力理論在銀河系的尺度上以某種方式分解，導致在星系的外圍出現了違反理論的恆星運動。同樣，1998年宇宙學家發現了宇宙膨脹速度快於預期的證據，這是由一種更為神秘的暗能量驅動的。2011年，該研究獲得了諾貝爾獎，但其有效性取決於廣義相對論能否在宇宙尺度上正確描述重力。
在他們的測試中，Collett和他的合作者把注意力集中在兩個星系的一個巧合的天體排列上，一個在另一個的前面，沿著地球觀察者的視線。與廣義相對論相一致，“前景”星系的大體積扭曲了時空的周圍結構，形成了一個“引力透鏡”，扭曲並放大了遙遠的背景星系的光。精確地測量這些扭曲，你就能很好地瞭解根據廣義相對論前景星系應該包含多少質量。
科利特的關鍵觀點是，通過監測前景星系中恆星的運動，可以很容易地對這個估計進行二次檢驗，從而得出一個獨立的質量測量。雖然已知有數百個銀河系引力透鏡，但只有少數幾個足夠近，可以看到它們各自的恆星。科利特說，在距地球4.5億光年遠的地方，這個特殊的前景星系是這種觀測的理想候選者。“最初的尤里卡!當我意識到這一點的時候，我們可以測量它，”他說。
這些測量需要對世界上兩種最先進的光學儀器——美國宇航局在近地軌道上的哈勃太空望遠鏡和位於智利安第斯山的歐洲南方天文臺的超大望遠鏡(VLT)的綜合功率進行整理。科勒特的團隊利用哈勃望遠鏡通過引力透鏡測量前景星系的質量，利用VLT測量恆星在其邊緣旋轉的速度來測量它的質量。在仔細分析和比較數據後，他們發現這些獨立的質量測量值之間有驚人的一致性。實驗結果的誤差幅度只有9%，是迄今為止太陽系以外廣義相對論最精確的測量。這一結果也間接地支持了該理論在暗物質、暗能量和其他宇宙學曲線球面前的有效性。
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