【天天新要聞】用“宇宙透鏡”驗證廣義相對論

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近日，美國波特蘭社區(qū)學院物理學教授托比·迪特里奇和一群學生前往墨西哥中北部的山區(qū)小鎮(zhèn)埃爾薩爾托附近，在日食投影中心觀察太陽周圍的光線。此舉旨在重現(xiàn)經(jīng)典天文實驗。

  愛因斯坦的廣義相對論預測，質(zhì)量巨大的星體例如太陽，會使周圍恒星的光線彎曲。在日全食期間觀測太陽周圍恒星的光線是否彎曲，可以反過來驗證廣義相對論。

  武漢大學物理科學與技術(shù)學院教授廖愷說，根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，光沿零測地線傳播，當物質(zhì)分布導致時空彎曲時，光線會發(fā)生偏折。基于這一原理，當一個大質(zhì)量天體處于發(fā)光天體和觀測者中間時，它就像幾何光學透鏡一樣發(fā)揮了在光源和觀測者之間扭曲光線的作用，物理學家將其類比為透鏡體，把這種現(xiàn)象稱為引力透鏡效應。

  1919年，天文學家愛丁頓為了驗證廣義相對論，率領團隊在日全食期間測量了太陽對星光的偏折，與星表中的標準位置相比，他們觀測到的太陽周圍的恒星位置發(fā)生了輕微偏離，并且偏離值接近愛因斯坦的理論計算值，這一觀測結(jié)果證明了愛因斯坦理論的正確性。

  但在1919年的實驗中，受限于時代，科學家掌握的設備和觀測條件比較有限，因此實驗結(jié)果也存在一些誤差。后來的物理學家零零散散地進行過一些復現(xiàn)實驗。此次，迪特里奇團隊配備了13臺高分辨率望遠鏡，并在墨西哥和美國得克薩斯州部署了攝像頭，能在日全食到來時獲取比以往更清晰的圖像。

  在物理學界，用引力透鏡效應印證廣義相對論已有百年歷史。但對天文學家來說，利用引力透鏡效應來觀測宇宙仍是一種非常重要的前沿方法。

  過去幾十年間，引力透鏡效應加深了人們對宇宙的理解。常見的引力透鏡觀測源是恒星和星系（包括類星體）。這些觀測源大量存在，明亮且恒定發(fā)光，使得觀測它們相對容易。

  廖愷介紹，類星體數(shù)目多、亮度大且恒定發(fā)光，利用這些類星體透鏡，可以很好地對哈勃常數(shù)進行獨立測量, 這可能有助于解決長期困擾科學界的哈勃常數(shù)問題。

  “隨著天文學的發(fā)展，特別是各個波段大型巡天望遠鏡的運行，越來越多的瞬變源，如伽馬暴及其各波段光學余輝、快速射電暴和引力波，會被大量探測。通過引力透鏡效應，人類對宇宙及瞬變源的理解將不斷加深。”廖愷說。