【原】38億光年外發(fā)現(xiàn)罕見的“五重奏”,，空間強(qiáng)烈扭曲,，愛因斯坦又對(duì)了

火星科普 2021-08-11

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自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡重新上線之后，哈勃天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)又公布了一張新的哈勃巨作,，這是極為罕見的“五重奏”引力透鏡效應(yīng),。基于此,，天文學(xué)家不但再次證明愛因斯坦的正確,，而且也計(jì)算出了宇宙的膨脹速率。

廣義相對(duì)論是愛因斯坦的最偉大成就,，這是迄今為止最強(qiáng)大的引力理論,，牛頓的萬有引力定律只是它的一種近似情況。愛因斯坦用時(shí)空彎曲來描述引力,，他認(rèn)為質(zhì)量體會(huì)扭曲空間,，當(dāng)物體或者光經(jīng)過該彎曲空間時(shí)，行進(jìn)路徑就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),，出現(xiàn)引力效應(yīng),。

愛因斯坦預(yù)言，太陽系外的恒星發(fā)出的光,，經(jīng)過太陽邊緣的彎曲空間時(shí),，將會(huì)發(fā)生1.74角秒的偏折。當(dāng)然,，牛頓引力理論也預(yù)言了光線偏轉(zhuǎn),，如果把光子視為有質(zhì)量的粒子，星光經(jīng)過太陽邊緣時(shí)將會(huì)出現(xiàn)0.87角秒的偏折,，這個(gè)數(shù)值為愛因斯坦預(yù)言的一半,。

過去百年來，天文學(xué)家不斷利用日全食的機(jī)會(huì),，來測量星光偏轉(zhuǎn)角度,。隨著測量精度越來越高，觀測值越來越接近愛因斯坦的預(yù)言值,，1991年測出的精度可以達(dá)到萬分之一,，這意味著廣義相對(duì)論很好地描述了引力現(xiàn)象。

只有在弱引力場的情況下,，牛頓引力理論才能較好地描述,，到了強(qiáng)引力場就會(huì)失效，這時(shí)就只能完全依賴于廣義相對(duì)論,。近年來,，天文學(xué)家直接探測到的強(qiáng)引力現(xiàn)象和天體，比如引力波,、黑洞,，都完美地驗(yàn)證了廣義相對(duì)論。

除此之外,，引力透鏡也是廣義相對(duì)論的一大重要預(yù)言,，此次發(fā)現(xiàn)就是一個(gè)例子。圖中間兩個(gè)明亮的點(diǎn)為兩個(gè)星系,，它們距離地球大約38億光年,。在這兩個(gè)亮點(diǎn)周圍有四個(gè)小亮點(diǎn)，以及圖的正中心還有一個(gè)暗淡的小光點(diǎn),，它們都是來自于171億光年外的一個(gè)類星體2M1310-1714,。

所謂的類星體其實(shí)是一種活躍的超大質(zhì)量黑洞，它們潛伏在星系的中心,，大量吞噬周圍的氣體云,，并能發(fā)射出強(qiáng)大的電磁輻射，它們是宇宙中最為明亮的天體,。早期星系中存在著豐富的氣體云,，所以類星體普遍都在極為遙遠(yuǎn)的宇宙中，距離可達(dá)幾十上百億光年,。雖然類星體離我們非常遠(yuǎn),，但足夠明亮，我們?nèi)匀荒軌蛴^測到,，它們看起來就像遙遠(yuǎn)的恒星,。

在這個(gè)引力透鏡效應(yīng)中，兩個(gè)前景星系的質(zhì)量很大,，它們強(qiáng)大的引力扭曲了附近的空間,。而在這兩個(gè)星系后方的遙遠(yuǎn)宇宙中恰好有一個(gè)類星體，它發(fā)出的光經(jīng)過前景星系附近的彎曲空間時(shí),，就像穿過透鏡一樣被強(qiáng)烈扭曲,，形成罕見的五重影像,。

看到這里，大家可能會(huì)有一個(gè)困惑,，就是宇宙的年齡只有138億年,，光最遠(yuǎn)只能傳播138億光年才對(duì)，但為什么這個(gè)類星體的距離達(dá)到了171億光年呢,？

其原因在于整個(gè)宇宙都在膨脹,，而空間自身結(jié)構(gòu)的膨脹是不受光速限制的。要知道,，可觀測宇宙的半徑可達(dá)465億光年,，所以這個(gè)類星體在可觀測宇宙中。171億光年是這個(gè)類星體現(xiàn)在與地球的距離,，在遙遠(yuǎn)的過去距離并沒有這么遠(yuǎn),。

我們所看到的類星體景象其實(shí)是104億年前的樣子，因?yàn)樗l(fā)出的光需104億年的時(shí)間才能來到地球上,。而在這些光子傳向地球的過程中,，由于空間膨脹，這個(gè)類星體不斷遠(yuǎn)離我們,，現(xiàn)在已經(jīng)退行到171億光年之外,。

最后，根據(jù)這個(gè)引力透鏡效應(yīng),，天文學(xué)家還能測出宇宙的膨脹速率,，也就是哈勃常數(shù)（H0），估計(jì)為74 km/s/Mpc,。這個(gè)參數(shù)的含義是星系之間距離每增加326萬光年（1百萬秒差距）,，由于空間膨脹，將會(huì)導(dǎo)致它們互相遠(yuǎn)離的速率將會(huì)隨之增加74公里/秒,。