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紫金山天文臺利用行星光線偏折檢驗廣義相對論取得新進展

  自1915年廣義相對論誕生以來,人們對廣義相對論的檢驗就從未中斷。1919年太陽引力偏折測量在亞角秒精度驗證了廣義相對論,并被評價為“科學革命/新宇宙理論/牛頓思想被推翻”。中國科學院紫金山天文臺研究團隊在2019年7月的一次國際會議上提出:太陽系內行星、大衛星等引發的光線偏折(見圖1)的高精度高靈敏度天體測量,可為檢驗廣義相對論及區分不同的引力理論提供新的途徑。近日,該團隊基于前期的高精度天體測量技術,利用美國甚長基線干涉陣(VLBA)完成了對木星引發的光線偏折的測量,在這一方向邁出了第一步。

  該研究的測量精度約20微角秒,測得表征空間曲率的無量綱后牛頓參數 γ = 0.984 ± 0.037 (廣義相對論中 γ = 1)。與以往基于太陽的研究相比,木星等離子體對光線偏折的影響遠小于太陽等離子體,而且該研究首次考慮了多天體引力場引發光線偏折的疊加效應。

  (亞)微角秒天體測量是未來國際平方公里陣望遠鏡(SKA)和我國500米口徑球面射電望遠鏡陣列(FASTA)的一個重要發展方向。精確測量行星與大衛星引發的光線偏折并加以改正,是這一方向的基礎。在(亞)微角秒精度下,γ的精度有望達到10-8,可用以檢驗與發展高階后牛頓形式及不同的引力論、研究(非)慣性運動天體的引力場以及多平面透鏡效應,為未來測量銀河系重子物質和暗物質分布打下基礎。

  相關研究成果發表在《天體物理雜志》(Astrophysical Journal)。該研究得到江蘇省自然科學基金和國家自然科學基金的支持。

  論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac3821


圖1:遙遠天體發出的光線在行星或大衛星的引力場作用下發生偏折。

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