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弯曲空间电影剧情「简介」

2022-03-21 21:55 作者:火星一号 围观:
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

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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我们所看到的类星体景象其实是104亿年前的样子,因为它发出的光需104亿年的时间才能来到地球上。而在这些光子传向地球的过程中,由于空间膨胀,这个类星体不断远离我们,现在已经退行到171亿光年之外。

最后,根据这个引力透镜效应,天文学家还能测出宇宙的膨胀速率,也就是哈勃常数(H0),估计为74 km/s/Mpc。这个参数的含义是星系之间距离每增加326万光年(1百万秒差距),由于空间膨胀,将会导致它们互相远离的速率将会随之增加74公里/秒。

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由此可知,这个位于171亿光年外的类星体,目前正以38.8万公里/秒的速度,也就是1.3倍光速,在远离我们的银河系。因此,这个类星体现在发出的光永远也追不上我们,永远也走不完它与银河系之间的浩瀚空间。

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