廣義相對論在星系尺度上獲得證明

國際天文學家團隊運用美國太空總署哈勃太空望遠鏡和歐洲南方天文台的甚大望遠鏡觀測ESO325-G004星系後，顯示該星系中的重力效應與愛因斯坦廣義相對論的預測一致，證實該理論在星系尺度上仍然適用，是目前太陽系外最精確的重力測試。

1915年，愛因斯坦提出廣義相對論解釋重力對空間之作用，之後科學界在太陽系內對廣義相對論做過一連串高精度的實驗，證明此理論是正確。但放大至星系尺度上，廣義相對論是否適用仍然不確定，例如1929年發現宇宙正在膨脹一事。但1998年天文學家發現宇宙處於加速膨脹狀態，這個令人驚訝的發現，理論科學家以暗能量解釋，此成就更獲得2011年諾貝爾獎。然而，這種解釋能成立，對等表示廣義相對論也必須適用於宇宙大尺度。

由於廣義相對論預測，大量物質會使鄰近時空變形，當後方光線通過前景星系時，光線會發生偏轉，此為重力透鏡現象。若能得知前景星系的質量，加上觀察重力透鏡造成後方天體變形的程度，就能檢測廣義相對論之預測是否正確。雖然天文學家已知數百個重力透鏡，但是大多數太遠而無法精確透過重力透鏡測量它們的質量。然而ESO325-G004星系是個離地球只有五億光年的天體、是最近的重力透鏡前景星系之一。由英國樸茨茅斯大學（University of Portsmouth）湯姆士·哥力（Thomas Collett）博士領導的天文團隊，以智利甚大望遠鏡觀測ESO325-G004星系裡恆星移動速度。這樣可推斷星系必須有多少質量才能讓恆星留在軌道，再以哈勃太空望遠鏡觀測背景星系因重力透鏡產生的變形程度，證實廣義相對論的不確定性僅為9％，是迄今為止在太陽系外最精確的證明。

【圖：美國太空總署；文：節錄自台北天文館之網路天文館網頁】