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在一项新研究中，科学家首次在一个遥远星系验证爱因斯坦的广义相对论。这项研究支持我们当前对引力的认知，同时为暗物质和暗能量的存在提供更多证据。暗物质和暗能量神秘莫测，科学家只能通过观测它们对天体的影响，对其进行间接研究。
爱因斯坦
爱因斯坦的广义相对论阐述了引力如何成为时空结构的结果。简单地说，这项理论预测一个天体达到怎样的质量便可扭曲时空。自提出以来，广义相对论已在太阳系得到多次验证。新研究由朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所的托马斯·科勒特率领的一支国际天文学家小组进行，首次在大天文尺度对广义相对论进行精确测试。利用哈勃太空望远镜和甚大望远镜获取的数据，研究小组发现一个遥远星系的引力行为方式与太阳系相同，就此证明广义相对论预言的准确性。
哈勃望远镜捕获LRG 3-757星系的引力透镜效应
安柏瑞德航空航天大学的天文学家特里·奥斯瓦特表示研究小组证实了这样一个假设——在地球上适用的物理学定律在其它任何地方同样适用。在所有可能尺度验证广义相对论，尤其是最大尺度，对物理学至关重要，尤其是宇宙学。
科勒特在接受太空网采访时表示，除了验证广义相对论，研究发现还为暗物质和暗能量的存在提供更多证据。神秘莫测的暗物质和暗能量存在于标准宇宙学模型。标准模型是一项阐述宇宙中基本力和粒子如何运转和交互的理论，旨在解释我们的观测发现和实验结果。
甚大望远镜获取的红外图像，揭示银河系中央超大质量黑洞和巨星S2的位置
奥斯瓦特表示但我们缺乏对暗物质和暗能量的认知和解释。宇宙学的这两个最大谜团导致一些人质疑标准模型。“但我不相信天文学家会在近期内抛弃标准模型。”在标准模型中，科学家需要用暗物质解释恒星如何快速环绕星系运行，需要用暗能量解释宇宙膨胀速度为何加快。
一些科学家认为所谓的“替代引力理论”能够消除标准模型对暗物质和暗能量的需要。但新研究发现引力理论同样适用太阳系以外的宇宙，说明我们对引力的认知是正确的，暗物质和暗能量仍适合标准模型。科勒特指出这项研究并未拿到暗物质和暗能量的确凿证据，但能够为它们的存在提供更多线索。
艺术概念图，展示了环绕银河系中央超大质量黑洞运行的三颗恒星的轨道。
为了在太阳系外验证广义相对论，研究小组利用星系ESO 325-G004的强引力透镜。这种透镜能够弯曲光线，让包括星系在内的背景天体的影像发生扭曲。ESO 325-G004是距离地球最近的引力透镜，只有大约5亿年。如果两个天体排成一线，引力透镜效应能够形成背景星系的环形图案，也就是所谓的“爱因斯坦环”。通过测量这个环的半径，科学家能够推算出时空曲率。
欧洲极大望远镜的3D模型
除了测算时空曲率，研究小组还必须确定ESO 325-G004的质量，因为广义相对论预言质量能够导致多大的曲率。通过测量ESO 325-G004的恒星移动速度，他们计算出这个星系的质量。随后，他们将得出的质量与时空曲率相比较，最后验证了广义相对论关于质量的预测。
研究小组希望对更遥远的星系和引力透镜进行研究，以进一步验证广义相对论。研究小组成员、宇宙学与引力研究所主任鲍勃·尼柯尔表示：“我们利用世界上最强大的望远镜挑战爱因斯坦，最终证明他是对的。”
本文选自：今日头条
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发表于 2018-6-29 20:40:19
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