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50亿光年外,天文学家发现星系一分为二,爱因斯坦又对了?

2024-08-11科学

在 21 世纪的当下,人类文明对于自然规律的认知与运用已达颇高水准,无论是星球的运行,还是细胞的分裂,皆存在一系列详尽的理论予以阐释。

然而,少有人知晓的是,现代文明的各类科学技术成果,实则均以一个世纪乃至更久以前的理论为基础。换句话说,自爱因斯坦起,基础物理学已停滞逾一个世纪。当下的航空航天与计算机领域,运用最为广泛的依旧是牛顿的万有引力定律,以及量子力学中有关半导体的一小部分内容。包括相对论在内的诸多理论,现今仍未实现向技术的转化。

即便对于相对论所作出预言的验证工作,当下仍在持续开展,自初始的黑洞至引力波,继而到时间膨胀与质能方程,在一轮轮的验证进程里,科学家们一次次领略到爱因斯坦的卓越。然而,部分预言唯有在宇宙的深邃之处方可观测到。

【引力透镜】

现今您所见到的此张照片,由天文学家于 1979 年 3 月拍摄所得,其图像中心为两颗外观及亮度均极为相近的类星体,然而实际上这两个类星体乃是同一者,之所以呈现出一分为二的奇特景象,缘由在于该类星体与地球之间存有一个大型引力源。

依据爱因斯坦广义相对论的预言,光在途经大质量天体时,会受其引力作用,从而产生一定程度的偏转。故而此前观测到的类星体一分为二的现象,乃是类星体所发出的光在抵达地球的途中,遭逢某个质量更为庞大的天体引力折射,进而于数十亿光年的范围上分裂为两个全然一致的类星体图像。

要破除此种障眼法颇为简便,仅需将观测波段由可见光转换至无线电波段即可。缘由在于,那被折射出的另一虚假类星体仅可于可见光波段被观测到,其本身无质量,亦不会发射电磁波,故而借助射电望远镜进行观测,便可辨别出哪个类星体为真实的。

20 世纪 90 年代,哈勃太空望远镜发射升空后,天文学家首次具备于地球之外观测星空的条件,摆脱了地球大气散射的影响,哈勃望远镜开始持续拍摄并获取来自宇宙深处的高清图像,而后将其传送至地面控制中心。

【于是引力透镜又被发现了】

此次所发现的引力透镜,于天文学中称作爱因斯坦十字,即透镜星系的两边均有一个类星体,光线途经引力透镜时会被弯折,从而形成两个对称的图像,在宇宙范畴内构成一个弯曲的十字,此即为爱因斯坦十字。

颇为有趣的是,爱因斯坦十字实则为一大型望远镜。据哈勃所拍摄图像表明,引力透镜的成像星系距我们虽为50亿光年,然而该星系本体与地球的距离实则为90亿光年,仅是其发出的光历经40亿光年的飞行后,遭遇引力源,进而折射出一个新的可见光波段图像。

由此明显可知,虽肉眼不可见却可折射光线的引力,恰似望远镜的镜片,倘若角度与距离恰当,宇宙中天体内的引力透镜相互组合,便构成一架巨型的天文望远镜。

经计算,太阳所形成引力透镜的焦点处于550个天文单位处,即825亿公里之遥。依天文学家构想,未来若能发射一艘大型航天器至距太阳550个天文单位的位置,那么太阳自身的引力透镜将成为太阳系中规模最大、成像效果最佳的望远镜。

从理论层面来讲,以太阳引力透镜搭配观测飞船所构成的超级望远镜,可直接观测到 4.22 光年外比邻星 b 的具体情况,然而在此之前,不管是哈勃望远镜,还是地面天文台,在对比邻星进行观测时,所看到的仅仅是一个毫无任何细节的光点,就连恒星最为基本的圆盘形态都无法观测到。

【总体而言】

爱因斯坦的广义相对论犹如一座宝库,一个多世纪前的此理论,为现代天文学家所发现的众多新现象提供了理论支撑,诸如黑洞、引力波以及引力透镜等。这些新的发现极大地增进了人类对宇宙的认知。

迄今,相对论中仅余的两项未被证实的预言为虫洞与白洞。从理论上讲,虫洞可连接数十亿光年乃至上百亿光年范畴内的天体,使人类在不超越光速的条件下,于短时间内跨越数十亿乃至上百亿光年的距离。

而对于白洞,爱因斯坦觉得其为黑洞的逆态,黑洞始终在吸纳物质,白洞则始终在向外释放物质,然而迄今宇宙中未见白洞的踪影。