研究人員對(duì)大約8000個(gè)星系團(tuán)發(fā)出的光進(jìn)行測(cè)量分析。星系團(tuán)是由引力維系起來的星系集群，一般擁有數(shù)千個(gè)成員星系，圖像中每一個(gè)小光點(diǎn)就是一個(gè)星系。它們產(chǎn)生的強(qiáng)大引力場(chǎng)將會(huì)對(duì)它們自身發(fā)出的光產(chǎn)生影響
在此之前，對(duì)引力紅移的實(shí)際驗(yàn)證還僅僅停留在地球和太陽系其它天體的范圍之內(nèi)。而此次丹麥天文學(xué)家的工作首次在宇宙尺度上對(duì)相對(duì)論進(jìn)行了驗(yàn)證。這樣做的結(jié)果就是極大地?cái)U(kuò)展了理論驗(yàn)證的范圍。觀測(cè)的結(jié)果證明，愛因斯坦的廣義相對(duì)論是正確的。
新浪科技訊北京時(shí)間10月11日消息，天文學(xué)上所有的觀測(cè)都有賴于恒星和星系發(fā)出的光，而根據(jù)廣義相對(duì)論，這些發(fā)出的光線都將受到引力的影響。除此之外，對(duì)于這些天文學(xué)觀測(cè)信息的判讀也完全基于“相對(duì)論是正確的”這樣一個(gè)前提之上。但是在此之前，我們一直都缺乏在比太陽系更加宏觀的尺度上對(duì)相對(duì)論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的能力。
現(xiàn)在丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所暗宇宙學(xué)中心的科學(xué)家們首次成功測(cè)量了從遙遠(yuǎn)星系團(tuán)發(fā)出的光在抵達(dá)我們這里之前的路途中所受到的引力影響。觀測(cè)的結(jié)果符合理論計(jì)算值，這也就驗(yàn)證了相對(duì)論的正確性。研究小組已經(jīng)將他們的這一成果發(fā)表在了近期的《自然》雜志上。
人類對(duì)于遙遠(yuǎn)宇宙中天體距離測(cè)量的主要手段是天體紅移測(cè)量，紅移的實(shí)質(zhì)其實(shí)是一種多普勒效應(yīng)，由于距離我們?cè)竭h(yuǎn)的天體的退行速度越大，它便會(huì)表現(xiàn)出更大的紅移值。也就是說，紅移值表達(dá)了在天體發(fā)出這束光子之后，其本體由于宇宙膨脹產(chǎn)生的后退速度。另外，根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，這些光還會(huì)受到大質(zhì)量天體，如星系團(tuán)的引力影響，并產(chǎn)生引力紅移。然而，在宇宙尺度上對(duì)星光表現(xiàn)出的引力紅移進(jìn)行精確的測(cè)量卻從未進(jìn)行過。
哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所暗宇宙學(xué)中心的天體物理學(xué)家拉迪克·伍德克(RadekWojtak)說：“這真是太棒了！我們有幸生活在這樣一個(gè)時(shí)代，我們第一次有技術(shù)能力去對(duì)宇宙引力紅移效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量?！?/p>
聚光燈下的星系團(tuán)
伍德克和他的同事斯特恩·漢森(SteenHansen)和詹斯·喬斯(JensHjorth)一起對(duì)大約8000個(gè)星系團(tuán)發(fā)出的光波數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。星系團(tuán)是由引力維系起來的星系集群，一般擁有數(shù)千個(gè)成員星系。它們聚合形成的強(qiáng)大引力效應(yīng)會(huì)對(duì)它們發(fā)出的光產(chǎn)生影響。
研究人員分別對(duì)位于星系團(tuán)核心區(qū)域以及邊緣區(qū)域的成員星系發(fā)出的光進(jìn)行了研究，測(cè)量其波長(zhǎng)數(shù)據(jù)。
伍德克解釋說：“我們能夠?qū)π窍蛋l(fā)出的光顯示的微小紅移差異進(jìn)行探測(cè)。我們發(fā)現(xiàn)從星系團(tuán)中央部位發(fā)出的光幾乎是‘爬’著逃出星系團(tuán)的引力場(chǎng)的，而相比之下，星系團(tuán)邊緣位置的成員星系發(fā)出的光逃逸起來就要容易得多。”
隨后研究人員對(duì)整個(gè)星系團(tuán)的總質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算并由此估算出其引力勢(shì)?，F(xiàn)在科學(xué)家們便能夠借助這些數(shù)據(jù)，運(yùn)用廣義相對(duì)論原理計(jì)算星系團(tuán)不同位置上光線受到的引力紅移影響了。伍德克表示：“計(jì)算的結(jié)果顯示，基于廣義相對(duì)論進(jìn)行的理論預(yù)測(cè)與實(shí)際觀測(cè)數(shù)值精確吻合。我們對(duì)于星系團(tuán)的觀測(cè)顯示光表現(xiàn)出的紅移值和大質(zhì)量天體引力場(chǎng)的強(qiáng)度呈反比關(guān)系。用這種方式，我們證明廣義相對(duì)論原理是在正確的?！?/p>
宇宙暗夜之光
這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義，因?yàn)樗鼘椭茖W(xué)家們理解宇宙中的“黑暗”——神秘的暗物質(zhì)和暗能量。
當(dāng)我們仰望星空，那漫天的繁星和望遠(yuǎn)鏡中無數(shù)的星系、行星加在一起一共只構(gòu)成了整個(gè)宇宙的4%，宇宙的其余部分是由我們看不見也摸不著的神秘物質(zhì)組成的，這就是暗物質(zhì)和暗能量。我們無法觀察到它們，因?yàn)樗鼈儾话l(fā)射也不反射光線。但是科學(xué)家們知道它們就在那里，因?yàn)樗鼈儠?huì)對(duì)周遭空間產(chǎn)生相應(yīng)的引力作用，我們能感知這種引力的存在。沒有人知道暗物質(zhì)究竟是什么，但是通過對(duì)其引力強(qiáng)度的觀測(cè)，我們知道它們的質(zhì)量有多大。這一有關(guān)廣義相對(duì)論的最新研究將不會(huì)改變目前對(duì)于暗物質(zhì)存在的理論模型。
宇宙的另一個(gè)重要組分是暗能量，根據(jù)理論模型，暗能量更加神秘，它就像是一種“真空”的存在，它加速宇宙的膨脹進(jìn)程。根據(jù)基于愛因斯坦相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果，宇宙中的暗能量應(yīng)當(dāng)占到整個(gè)宇宙的72%。但是也有人拒絕相信這個(gè)奇怪的理論，提出了許多不借助暗能量也能解釋宇宙加速膨脹事實(shí)的模型。
在大尺度上驗(yàn)證理論
伍德克說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)在宇宙學(xué)的尺度上進(jìn)行了驗(yàn)證，這證明了愛因斯坦的廣義相對(duì)論是正確的。這也就意味著宇宙中存在暗能量的可能性很大?！睆倪@個(gè)角度上來說，這項(xiàng)新的研究將讓人類在最終認(rèn)識(shí)暗物質(zhì)和暗能量的道路上又邁出堅(jiān)實(shí)的一步，并加深我們對(duì)可見宇宙本質(zhì)的理解。
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