天文學家完成銀河系外廣義相對論的最精確驗證

在「哈勃」太空望遠鏡、歐洲南方天文台甚大望遠鏡（VLT）合力幫助下，天文學家利用對銀河系外愛因斯坦廣義相對論進行了迄今最為精確的檢驗，再次確定了相對論在描述引力效應上不可動搖的地位！

由VLT和「哈勃」望遠鏡數據合成的 ESO 325-G004 愛因斯坦環（來源：ESO, ESA/Hubble, NASA）

ESO 325-G004 是個大質量的橢圓星系，它將背後更為遙遠的星系的光扭曲了，構成一個典型的「愛因斯坦」環。根據愛因斯坦的廣義相對論，任何有質量的物質都會使周圍的時空變形扭曲。當質量非常大的時候，扭曲的程度會非常顯著，而這種現象我們只能在神奇的宇宙中找到。一個大質量的天體，如星系或星系團，如果恰巧位於更遙遠的星系或星系團與地球的連線上，那麼它們會把後者扭曲成弧線甚至是圓環，看上去就像一顆水晶球，這種現象就是引力透鏡效應。迄今我們已經在宇宙中找到了上百例，不過由於絕大多數距離遙遠，無法精確測定距離。 ESO 325-G004 距離地球4.5億光年，是最近的引力透鏡現象之一。

引力透鏡效應示意圖（來源：ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Cal?ada (ESO), Y. Hezaveh et al.）

英國朴茨茅斯大學托馬斯·克里特（Thomas Collett）領銜的一個研究小組首先藉助甚大望遠鏡（VLT）上的多目標光譜探測儀（MUSE）精確測定了 ESO 325-G004 內的恆星運動狀態，從而推算出星系必須擁有多大的質量才能讓這些恆星保持在自己的軌道上。不過MUSE並不能直接拍照。因此，團隊還必須依靠「哈勃」的照片來確定來自遙遠星系的光被 ESO 325-G004 扭曲的程度是多少。研究人員仔細分析了引力強度的分布，發現結果符合廣義相對論的預測，不確定度只有9%。此前，廣義相對論在太陽系尺度上已經得到了精確的檢驗，而在銀河系尺度上，廣義相對論也已經對銀河中心黑洞作了精確描述，然而尚未在更大更遠的尺度上進行過精確檢驗。因此這項研究對驗證當前的宇宙模型至關重要。最終，愛因斯坦通過了這場由當今最好的望遠鏡所組織的測試，廣義相對論無可挑剔。

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