這次的實況轉播會重播!
今年是愛因斯坦廣義相對論發表的100週年。這個理論是說,物體的質量會使周圍的空間扭曲,產生的效應就是重力。由於廣義相對論能夠更精確的解釋更多與重力相關的現象,因此取代了牛頓的萬有引力定律,成為目前最佳的重力理論。
如果物體能夠讓周圍的空間扭曲,那麼光通過這個扭曲空間,方向也會改變,如同光進入玻璃會折射那般。愛因斯坦很快就想到,如果有很大質量的物體(如星系、星系團),周圍扭曲的空間對光的效應就會像透鏡一般,稱為「重力透鏡」。近年來已經觀察到一些重力透鏡的效應,科學家不但藉此研究遠方發出光線的天體,也能夠研究被當成透鏡的天體,一舉兩得。
就在今年3月,科學家經由哈伯望遠鏡拍攝到最新的重力透鏡影像,那是一顆在93億光年遠的超新星(恆星的爆炸),以50億光年遠的星系團以及該星系團中一個橢圓星系為透鏡,所呈現的影像居然有四個!這是因為光線分散、扭曲,才呈現出四個影像,就好像是通過凹凸不平的透鏡般,而這四個影像被稱為「愛因斯坦十字架」。由於經過兩次透鏡,因此我們在地球上觀察到那顆超新星的光比一般強了20倍。
新發現的天體往往都會有個難念的編號,天文學家暱稱這顆超新星為雷夫斯達爾,以紀念挪威的天文學家雷夫斯達爾(Sjur Refsdal),他在1964年對重力透鏡做了一個預測:由於天體不對稱,扭曲的空間也不對稱,通過重力透鏡傳到地球的光,走的路線長度並不相同。如同從高雄坐火車到臺北,走東部和西部幹線花費時間不同。雷夫斯達爾超新星發出的光經由重力透鏡,有一部分其實應該在20年前就已經抵達地球,只是當時沒人發現。科學家還預測,雷夫斯達爾超新星有些光走的路線更長,還要幾年後才會抵達地球。換句話說,到時候我們可以再次觀測這顆超新星爆炸的過程!
此外,科學家推測宇宙中大部分的質量都是由暗物質組成,但它不會發光,只能用重力效應來推測其存在。觀察這個「超新星-星系團」的重力透鏡系統,可以計算出星系團中暗物質的大小與分布狀況。而且,這次還可以重複驗證!
[更多詳細內容請參閱《科學少年》2015年4.5月 ]