38亿光年外发现罕见的“五重奏”,空间强烈扭曲,爱因斯坦又对了
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自哈勃太空望远镜重新上线之后 , 哈勃天文学家团队又公布了一张新的哈勃巨作 , 这是极为罕见的“五重奏”引力透镜效应 。基于此 , 天文学家不但再次证明爱因斯坦的正确 , 而且也计算出了宇宙的膨胀速率 。
广义相对论是爱因斯坦的最伟大成就 , 这是迄今为止最强大的引力理论 , 牛顿的万有引力定律只是它的一种近似情况 。爱因斯坦用时空弯曲来描述引力 , 他认为质量体会扭曲空间 , 当物体或者光经过该弯曲空间时 , 行进路径就会发生偏转 , 出现引力效应 。
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爱因斯坦预言 , 太阳系外的恒星发出的光 , 经过太阳边缘的弯曲空间时 , 将会发生1.74角秒的偏折 。当然 , 牛顿引力理论也预言了光线偏转 , 如果把光子视为有质量的粒子 , 星光经过太阳边缘时将会出现0.87角秒的偏折 , 这个数值为爱因斯坦预言的一半 。
过去百年来 , 天文学家不断利用日全食的机会 , 来测量星光偏转角度 。随着测量精度越来越高 , 观测值越来越接近爱因斯坦的预言值 , 1991年测出的精度可以达到万分之一 , 这意味着广义相对论很好地描述了引力现象 。
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只有在弱引力场的情况下 , 牛顿引力理论才能较好地描述 , 到了强引力场就会失效 , 这时就只能完全依赖于广义相对论 。近年来 , 天文学家直接探测到的强引力现象和天体 , 比如引力波、黑洞 , 都完美地验证了广义相对论 。
除此之外 , 引力透镜也是广义相对论的一大重要预言 , 此次发现就是一个例子 。图中间两个明亮的点为两个星系 , 它们距离地球大约38亿光年 。在这两个亮点周围有四个小亮点 , 以及图的正中心还有一个暗淡的小光点 , 它们都是来自于171亿光年外的一个类星体2M1310-1714 。
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所谓的类星体其实是一种活跃的超大质量黑洞 , 它们潜伏在星系的中心 , 大量吞噬周围的气体云 , 并能发射出强大的电磁辐射 , 它们是宇宙中最为明亮的天体 。早期星系中存在着丰富的气体云 , 所以类星体普遍都在极为遥远的宇宙中 , 距离可达几十上百亿光年 。虽然类星体离我们非常远 , 但足够明亮 , 我们仍然能够观测到 , 它们看起来就像遥远的恒星 。
在这个引力透镜效应中 , 两个前景星系的质量很大 , 它们强大的引力扭曲了附近的空间 。而在这两个星系后方的遥远宇宙中恰好有一个类星体 , 它发出的光经过前景星系附近的弯曲空间时 , 就像穿过透镜一样被强烈扭曲 , 形成罕见的五重影像 。
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看到这里 , 大家可能会有一个困惑 , 就是宇宙的年龄只有138亿年 , 光最远只能传播138亿光年才对 , 但为什么这个类星体的距离达到了171亿光年呢?
其原因在于整个宇宙都在膨胀 , 而空间自身结构的膨胀是不受光速限制的 。要知道 , 可观测宇宙的半径可达465亿光年 , 所以这个类星体在可观测宇宙中 。171亿光年是这个类星体现在与地球的距离 , 在遥远的过去距离并没有这么远 。
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