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新聞來源:科學(xué)時(shí)報(bào) 一個(gè)丹麥天體物理學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)：來自星系團(tuán)的光按照與星系團(tuán)中心的距離成比例地產(chǎn)生紅移，這與廣義相對(duì)論的預(yù)測相一致，這是愛因斯坦廣義相對(duì)論的又一次勝利。驗(yàn)證地心引力很簡單：在二樓的窗臺(tái)上再邁一步，看看到底發(fā)生了什么。然而要驗(yàn)證阿爾伯特·愛因斯坦的引力理論——廣義相對(duì)論——卻要難得多，該理論認(rèn)為一個(gè)物體的引力能夠扭曲周圍的時(shí)間和空間。盡管研究人員已經(jīng)在太陽系的尺度上驗(yàn)證了廣義相對(duì)論，但是要在宇宙尺度上驗(yàn)證它還有更多的挑戰(zhàn)。而這恰好是一個(gè)丹麥天體物理學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)正在做的事。 
研究人員用采集了8000個(gè)星系團(tuán)的數(shù)據(jù)再一次證明了愛因斯坦的廣義相對(duì)論。上圖為哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到的星系團(tuán)。 由哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究所的Radek Wojtak領(lǐng)導(dǎo)的研究人員著手檢驗(yàn)廣義相對(duì)論的一個(gè)經(jīng)典預(yù)言：光在擺脫一個(gè)引力場后會(huì)失去能量。根據(jù)這一理論，引力場越強(qiáng)，光失去的能量就越多。因此，從一個(gè)星系團(tuán)——包含有數(shù)千個(gè)星系的巨大天體——中心釋放的光子要比來自星系團(tuán)邊緣的光子損失更多的能量，原因是星系團(tuán)中心的引力是最強(qiáng)的。這就導(dǎo)致來自星系團(tuán)中心的光在波長上要長于來自星系團(tuán)邊緣的光，即轉(zhuǎn)向光譜的紅端。這種效應(yīng)被稱為引力紅移。 Wojtak 和他的同事知道，在單個(gè)星系團(tuán)中測量引力紅移是很困難的，因?yàn)樾?yīng)非常微弱，且還需理清由星系團(tuán)內(nèi)部的個(gè)別星系的軌道速度導(dǎo)致的紅移，以及由宇宙膨脹導(dǎo)致的紅移。研究人員通過將從“斯隆數(shù)字巡天”采集到的8000個(gè)星系團(tuán)的數(shù)據(jù)平均化來解決這一問題。Wojtak解釋說，希望“通過研究星系團(tuán)中的星系的紅移分布特征而不是著眼于個(gè)別星系單獨(dú)的紅移”來檢測出引力紅移。果然，研究人員發(fā)現(xiàn)，來自星系團(tuán)的光按照與星系團(tuán)中心的距離成比例地產(chǎn)生紅移，這與廣義相對(duì)論的預(yù)測相一致。Wojtak指出：“我們能夠測量到星系紅移的微小差異，并且發(fā)現(xiàn)位于星系團(tuán)中心的星系發(fā)出的光不得不從引力場中‘爬’出來，而來自邊遠(yuǎn)星系的光則容易得多。” 研究人員在9月29日出版的《自然》雜志上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。除了證明廣義相對(duì)論之外，這一研究成果還有力地支持了宇宙的λ—冷暗物質(zhì)模型—— 一個(gè)已經(jīng)流行的宇宙模型，認(rèn)為大部分宇宙是由不會(huì)與構(gòu)成恒星和行星的物質(zhì)相互反應(yīng)的看不見的物質(zhì)所組成的。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)還支持了暗能量—— 一種似乎要將宇宙分開的神秘力量。美國普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家David Spergel稱贊Wojtak和他的同事將一個(gè)大型的星系團(tuán)數(shù)據(jù)“巧妙地結(jié)合”，用以探測一個(gè)“微妙的效應(yīng)”。 Spergel表示：“這是愛因斯坦的又一個(gè)勝利……這項(xiàng)星系團(tuán)實(shí)驗(yàn)表明，我們生活在一個(gè)充滿了暗物質(zhì)和暗能量的奇異宇宙中，但其中愛因斯坦的引力理論在很大尺度上是有效的。” |
