天文学家在银河系外对爱因斯坦的广义相对论进行了最精确的测试

VLT在银河系外对爱因斯坦的广义相对论进行了最精确的测试

这是一张邻近星系ESO 325-G004的照片,由NASA/ESA哈勃太空望远镜和VLT上的缪斯仪器收集的数据制作而成。缪斯测量了ESO 325-G004中的恒星的速度,从而产生了覆盖在哈勃太空望远镜图像上的速度色散图。恒星速度的知识使天文学家能够推断出ESO 325-G004的质量。插图显示的是爱因斯坦环,它是由一个更遥远的光源通过干涉透镜ESO 325-004产生的扭曲,减去前景透镜的光后就可以看到。资料来源:欧洲航天局,欧洲航天局/哈勃,美国宇航局

天文学家使用缪斯女神文书ESO甚大望远镜在智利,还有美国国家航空航天局/ ESA哈勃太空望远镜他对爱因斯坦的广义相对论做出了迄今为止最精确的测试银河系。附近的星系ESO 325-G004就像一个强大的引力透镜,将来自它后面遥远星系的光线扭曲,在其中心周围形成一个爱因斯坦环。通过比较ESO 325-G004的质量和它周围空间的曲率,天文学家发现在这些天文长度尺度上的引力行为与广义相对论所预测的一样。这就排除了其他一些引力理论。

使用欧洲卫星观测中心VLT上的缪斯仪器,一个由Thomas Collett领导的团队朴茨茅斯大学英国首先通过测量这个附近椭圆星系内恒星的运动来计算ESO 325-G004的质量。

Collett解释说:“我们使用了来自智利的超大望远镜的数据来测量ESO 325-G004中恒星的移动速度——这让我们可以推断出星系中必须有多少质量才能将这些恒星保持在轨道上。”

测量星系的质量

这张信息图比较了用来测量ESO 325-G004星系质量的两种方法。第一种方法是使用甚大望远镜测量ESO 325-G004恒星的速度。第二种方法是利用哈勃太空望远镜观察由背景星系的光线被ESO 325-G004弯曲和扭曲而形成的爱因斯坦环。通过比较这两种测量ESO 325-G004引力强度的方法,我们确定爱因斯坦的广义相对论适用于银河系外的尺度——这是以前从未被测试过的。信贷:
ESO ESA /哈勃,NASA

但该团队也能够测量重力的另一个方面。利用NASA/ESA的哈勃太空望远镜,他们观察到一个爱因斯坦环,它是由来自遥远星系的光被介入的ESO 325-G004所扭曲而形成的。通过对这个环的观测,天文学家们可以测量光和时空是如何被巨大质量的ESO 325-G004扭曲的。

爱因斯坦的广义相对论预测,物体会使其周围的时空发生变形,导致任何经过的光发生偏转。这就产生了引力透镜现象。这种效应只有在质量非常大的物体上才会明显。已知的引力透镜有几百个,但大多数距离太远,无法精确测量它们的质量。然而,ESO 325-G004星系是距离地球最近的镜头之一,距离地球只有4.5亿光年。

Collett继续说:“我们从MUSE上知道前景星系的质量,我们也测量了从哈勃上看到的引力透镜的数量。然后,我们比较了这两种测量重力强度的方法——结果正是广义相对论所预测的,不确定性只有9%。这是迄今为止在银河系之外对广义相对论最精确的测试。而这只需要一个星系!”

广义相对论已经经过了细致的测试精度在太阳系的尺度上,以及恒星的运动黑洞在银河系的中心,科学家们正在进行详细的研究,但在此之前,还没有对更大的天文尺度进行精确的测试。测试引力的长期特性对于验证我们当前的宇宙学模型是至关重要的。

这些发现可能对替代广义相对论的引力模型有重要的意义。这些替代理论预测,重力对时空曲率的影响是“尺度相关的”。这意味着引力在天文长度尺度上的表现与在太阳系较小尺度上的表现是不同的。科利特和他的团队发现,这不大可能是真的,除非这些差异只发生在超过6000光年的长度尺度上。

来自朴茨茅斯大学的团队成员Bob Nichol补充道:“宇宙是一个神奇的地方,它提供了这样的镜头,我们可以把它用作实验室。”“用世界上最好的望远镜来挑战爱因斯坦,结果却发现他是多么正确,这是多么令人满意。”


爱因斯坦的广义相对论预言,物体会使时空变形,导致任何经过的光发生偏转。这种效应只有在质量非常大的物体上才会明显。这种时空变形的结果之一是,来自远方的光在一个巨大的介入物体周围发生偏转,比如一个星系。ESO 325-G004是屏幕中央的一大片光雾,它正在变形来自背景星系的光。信贷:ESO / L。Calcada

《科学》,2018年6月22日,第360卷,第6395期,第1342-1346页;DOI: 10.1126 / science.aao2469

第一个发表评论关于“天文学家在银河系外对爱因斯坦广义相对论进行最精确的测试”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。