由整個星系引起的真空曲率現已以前所未有的精度確定下來,證明了愛因斯坦的理論仍然在超大規模上佔據主導地位。
並不是有人感到非常驚訝。 但萬一結果未能達到預期,它們可能會為宇宙中一些最大的奧秘提供洞察力。 科學正確可能會很無聊。
天文學家結合了歐洲南方天文台甚大望遠鏡和美國太空總署哈伯太空望遠鏡的數據,根據阿爾伯特·愛因斯坦對重力的解釋,研究了附近星系如何扭曲光。
原則上,該實驗只是 1915 年進行的一項著名測試的升級版,當阿瑟愛丁頓爵士利用星光從日食背後出現的時間來觀察其質量如何彎曲它們的路徑。
結果震驚了公眾,有效地使阿爾伯特·愛因斯坦成為家喻戶曉的名字,並將廣義相對論的概念鞏固在物理書籍中。
從那時起,大質量物體在時空結構中留下凹痕背後的數學原理就被一次又一次地震動,但僅限於不大於恆星的物體。
不過,沒有理由認為愛因斯坦的著名想法不適用於更大的事情。
“廣義相對論預測大質量物體會使時空變形,”天文學家托馬斯·科利特說來自朴茨茅斯大學。
“這意味著當光經過另一個星系附近時,光的路徑會發生偏轉。”
雖然整個星系的透鏡效應偶爾投入實際使用,沒有人測量過這種現象,以便對它們產生的絕對曲率給出精確的數字。
為了做到這一點,團隊使用了星系 ESO325-G004,因為它距離我們只有 5 億光年:從宇宙角度來說就在這條路上。
這個星系(它的朋友稱之為 E325)使第二個星系黯然失色,背景光被迫沿著 E325 的體積形成的凹坑路徑前進。
然後天文學家測量了 E325 恆星的速度,利用其集體引力和恆星慣性之間的關係來估計該星系的質量。
“然後我們將這個質量與我們用哈伯太空望遠鏡觀察到的強透鏡圖像分離進行了比較,”科萊特說。
結果與廣義相對論的預期結果相差甚遠,誤差在 9% 左右。 不過,不要對這個迴旋餘地感到興奮——它在我們對這樣的測試的預期之內。
“這是迄今為止最精確的廣義相對論太陽系外測試,僅在一個星系中進行,”科萊特說。
出於實用目的,可靠的結果讓天文學家更有信心,透過基於星系的引力透鏡收集的結果與他們假設的一樣精確。
但這其實是為了證實愛因斯坦又是對的,這是物理學家僅次於證明愛因斯坦的第二大愛好又錯了。
人們很容易將這樣的實驗視為一種應該順其自然的方法,但對於研究人員來說,踢阿爾伯特實際上就像一個科學皮納塔,它的回報不容忽視。
結果中的任何微小偏差都可能凸顯解釋宇宙為何以不斷加速的速度膨脹的理論,讓我們對諸如此類的事物的本質有一個小小的了解,我們可以肯定要用到線索。
這並不是說我們可以結束這本關於廣義相對論的書。 那個皮納塔變得更難打破了,但我們仍然希望裡面有獎品。
因此,請繼續關注下一個試圖挑戰愛因斯坦的實驗。 可能就是那個!
這項研究發表於科學。