中國天文學家發現拉斯特爾重力理論合理的新依據

雲南天文台李瑞博士、王建成研究員等人對拉斯特爾重力（Rastall gravity）在星系尺度的應用開展了理論分析和觀測約束的研究，發現橢圓星系中物質（包括暗物質）質量分佈的基本假設（冪律分佈）是拉斯特爾重力的自然結果，而廣義相對論不能給出這樣的質量分佈；另外，他們利用118個橢圓星系的強重力透鏡樣本，對拉斯特爾重力的參數進行觀測約束，得到參數的分佈範圍，發現拉斯特爾重力在星系尺度是合理的，該研究為檢驗引力理論提供了新途徑。

能動張量守恆是廣義相對論的基本假設，已在平直時空中得到驗證，而在彎曲時空中，基本假設可能不成立，因此，拉斯特爾重力理論被提了出來，它賦予彎曲時空中能動張量一個新的性質，並引入兩個拉斯特爾重力參數，使物質分佈與時空結構之間存在相互作用。

拉斯特爾重力在宇宙學和黑洞時空結構等方面有許多的應用研究，但它在星系尺度的應用研究卻空白，至今沒有相關的觀測來約束拉斯特爾重力的參數。基於拉斯特爾重力理論，李瑞等人推導了橢圓星系中的質量分佈，發現該分佈是冪律分佈，其冪指數由兩個拉斯特爾重力參數確定，而基於廣義相對論卻得不到這樣的質量分佈。

如何從觀測上推測橢圓星系質量分佈的冪指數呢？天文學家發現，利用強重力透鏡現象並結合星系動力學，就可以推測冪指數。重力透鏡現像是星系（或者其他天體）視線背後天體（背景天體）的光，在星系的重力影響下發生偏折，導致星系周圍出現背景天體的多個像或弧形像，星係就像一個透鏡，而背景天體的成像性質取決於星系質量及質量分佈，因此，利用橢圓星系的強重力透鏡現象，再結合星系動力學，可以推測冪指數，約束拉斯特爾重力的參數，從而判斷拉斯特爾重力理論的合理性。

【圖、文：節錄自中國科學院雲南天文台網頁；新聞訊息由林景明提供】