捕獲「引力紅移」現象 廣義相對論天文假設得證

2020-08-04 科學大觀園雜誌


捕獲「引力紅移」現象 廣義相對論天文假設得證

行星狀星雲「NGC 2440」的中央恆星「HD62166」可能是目前已知的溫度最高的白矮星。

20世紀30年代，諾貝爾獎得主、天體物理學家Subrahmanyan Chandrasekhar首次提出，白矮星的質量和大小之間存在一種此消彼長的費解聯繫——「質量-半徑關係」。

據美國「物理學組織」網站7月30日消息稱，美國約翰·霍普金斯大學的天體物理學家藉助斯隆數字巡天項目（SDS）和蓋亞空間天文臺（GSO）的數據，開發出一種觀察「質量-半徑關係」的方法——SDS和GSO的數據集為研究小組提供了3000多顆白矮星作為研究對象。霍普金斯大學高級研究員Vedant Chandra等撰寫的研究論文日前發布於《天體物理學雜誌》和arXiv.org預印伺服器網站中。

該校物理和天文系副教授Nadia Zakamska介紹：「質量-半徑關係反映了量子力學和引力的驚人結合作用，但對我們來說，這種現象是違反直覺的——我們通常認為當一個物體獲得物質時，它的體積就應該變得更大。我們獲得了規模、準確性空前的數據集。部分測量方法是多年前開發出來的，現在突然間變得更強大了，從而讓我們終於能探索這些塵封的理論。」

該團隊通過綜合幾種測量方法，得到了比較理想的結果。其中一種主要方法是藉助「引力紅移效應」，即當光線遠離一個天體時，其波長會從藍色波段變到紅色波段。這是愛因斯坦廣義相對論的直接結果之一。

該校研究生Hsiang-Chih Hwang率先意識到了觀測數據中存在引力紅移效應。他隨即提出了這項研究計劃。

「對我來說，我們學習的引力對光的影響理論都來自學校和教科書，而這項研究的美麗之處就在於它讓我們從恆星本身觀察到了這種現象。」 Hwang解釋。

研究人員還表示，他們的成果代表了理論假設到可觀察現象的巨大進步。Zakamska副教授評論：「恆星質量越大，體積就越小。引力紅移效應也會隨著質量的增加而增強。這一點相對容易理解——光線從密度小、體積大的天體中掙脫出來，要比從質量大、密度大的天體中脫身更為容易。」

Chandra補充道：」基本上，這就是量子力學和愛因斯坦的廣義相對論相融合的結晶。」

原創編譯：朱明逸 審稿：西莫 責編：雷鑫宇

期刊來源： 《天體物理學雜誌》

期刊編號：0004-637X

原文連結：

https://phys.org/news/2020-07-astrophysicists-long-theorized-quantum-phenomena.html

版權聲明：本文為原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。

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  • 看完這5個預言的檢驗，你還想推翻愛因斯坦的廣義相對論嗎？
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