可靠觀測首次證實愛因斯坦廣義相對論適用遙遠宇宙

6月3日出版的《歐文研究報告》
日本東京大學奧村哲平特任研究員和戶谷友則教授為主要成員的國際聯合研究小組,利用在夏威夷的昴宿星團望遠鏡對遙遠星系進行觀測,在繪製平均距離130億光年2,783個星系範圍的宇宙立體圖的基礎上,首次測算出由重力引起的大規模結構形成速度,證實愛因斯坦廣義相對論在遙遠宇宙中也成立。

宇宙大爆炸之後一直在不斷膨脹,有理論推測其膨脹速度會漸緩,但近年來觀測發現,宇宙膨脹速度不斷加快。是因為暗能量充斥宇宙,還是廣義相對論錯誤,科學家針對這兩種可能性進行了大量研究。廣義相對論是愛因斯坦在一百年前提出的重力理論,該理論在太陽系範圍內已通過高精度試驗加以驗證,但在超過一百億光年的宇宙深空是否正確,需要驗證才能得出結論。

其中最有說服力的觀測之一,是通過測定眾多星系之間的距離及立體分佈,調查宇宙大規模結構。根據宇宙大規模結構,測定每個星係以何種速度運動,從而得到大規模結構的成長速度,通過驗證成長速度與廣義相對論的預想是否一致,就可以驗證廣義相對論是否正確。

此次研究小組對紅移值1.2至1.5,即共動距離約124光年至147光年的星系進行了測定。從2012年至2014年,製作了2,783個星系組成的宇宙大規模立體結構圖。通過對每個星系的運動進行觀測,成功測定出大規模結構的成長速度。測定結果在統計學上可信度為99.997%,這也是世界上首次以高可靠性值測量對超過一百億光年宇宙深空進行的測定,測定數值與廣義相對論預想值相比較,在允許誤差的範圍內結果一致。

研究人員認為,在此次測定的誤差範圍內,不可否認會有微小重力與廣義相對論不相符的可能性,他們計劃今後研製新的天文望遠鏡對更遠星系進行調查,以期在宇宙論研究中有更重要的成果。

【圖:日本天文學會;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】研究成果發表在日本天文學會6月3日出版的《歐文研究報告》。

歐文研究報告 = Publications of the Astronomical Society of Japan

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