由整个星系引起的真空曲率现已以前所未有的精度确定下来,证明了爱因斯坦的理论仍然在超大规模上占据统治地位。
并不是有人感到非常惊讶。但万一结果未能达到预期,它们可能会为宇宙中一些最大的奥秘提供洞察力。科学正确可能会很无聊。
天文学家结合了欧洲南方天文台甚大望远镜和美国宇航局哈勃太空望远镜的数据,根据阿尔伯特·爱因斯坦对引力的解释,研究了附近星系如何扭曲光。
原则上,该实验只是 1915 年进行的一项著名测试的升级版,当阿瑟·爱丁顿爵士利用星光从日食背后出现的时间来观察其质量如何弯曲它们的路径。
结果震惊了公众,有效地使阿尔伯特·爱因斯坦成为家喻户晓的名字,并将广义相对论的概念巩固在物理书籍中。
从那时起,大质量物体在时空结构中留下凹痕背后的数学原理就被一次又一次地震动,但仅限于不大于恒星的物体。
不过,没有理由认为爱因斯坦的著名想法不适用于更大的事情。
“广义相对论预测大质量物体会使时空变形,”天文学家托马斯·科利特说来自朴茨茅斯大学。
“这意味着当光经过另一个星系附近时,光的路径会发生偏转。”
虽然整个星系的透镜效应偶尔被投入实际使用,没有人测量过这种现象,以便对它们产生的绝对曲率给出精确的数字。
为了做到这一点,该团队使用了星系 ESO325-G004,因为它距离我们仅 5 亿光年:从宇宙角度来说就在这条路上。
这个星系(它的朋友们称之为 E325)使第二个星系黯然失色,背景光被迫沿着 E325 的体积形成的凹坑路径前进。
然后天文学家测量了 E325 恒星的速度,利用其集体引力和恒星惯性之间的关系来估计该星系的质量。
“然后我们将这个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,”科莱特说。
结果与广义相对论所说的结果相差甚远,相差大约 9%。不过,不要对这个回旋余地感到兴奋——它在我们对这样的测试的预期之内。
“这是迄今为止最精确的广义相对论太阳系外测试,仅在一个星系中进行,”科莱特说。
出于实用目的,可靠的结果让天文学家更有信心,通过基于星系的引力透镜收集的结果与他们假设的一样精确。
但这实际上是为了证实爱因斯坦又是对的,这是物理学家仅次于证明爱因斯坦的第二大爱好又错了。
人们很容易将这样的实验视为一种应该顺其自然的方法,但对于研究人员来说,踢阿尔伯特实际上就像一个科学皮纳塔,它的回报不容忽视。
结果中的任何微小偏差都可能凸显解释宇宙为何以不断加速的速度膨胀的理论,让我们对诸如此类的事物的本质有一个小小的了解,我们可以肯定要用到线索。
这并不是说我们可以结束这本关于广义相对论的书。那个皮纳塔变得更难打破了,但我们仍然希望里面有奖品。
因此,请继续关注下一个试图挑战爱因斯坦的实验。可能就是那个!
这项研究发表于科学。