物理学家用了爱因斯坦的相对论来成功的预测一个超新星爆炸

资深撰稿人 Ethan Siegel

资深撰稿人 Starts With A Bang

Nov 19, 2018, 10:00am

从一声爆炸开始

    宇宙就在那里,等待着你去发现它。

这张美国宇航局\欧洲航天机构哈勃太空望远镜图片显示在过去 (1995 左上角)、现在 (2014年右下角) 的位置, 并预测了在这个星系团后面未来的莱孚斯达尔(refsdal 于2015年底在中心到达)超新星。MACS J1149+2223.NASA, ESA, S. RODNEY AND THE FRONTIERSN TEAM; T. TREU, P. KELLY AND THE GLASS TEAM; J. LOTZ AND THE FRONTIER FIELDS TEAM; M. POSTMAN AND THE CLASH TEAM; AND Z. LEVAY

  在整个宇宙中, 物质和能量弯曲着空间的织造, 有戏剧性的后果。

一个展示背景星系怎样------或任何光路------被一个中间的质量的存在如前景星系团扭曲的引力透镜的描画。"空间的织造"类比只是一个类比, 在物理上没有意义的, 但弯曲的光路被观测验证。NASA/ESA

  质量最集中在类星体、大型单个星系和巨大的星系团中。

HE0435-1223 位于这张广域图像的中心, 是迄今发现的五个最好的透镜类星体之一。前景星系创造着环绕它的四个几乎均匀分布的遥远的类星体的图像。ESA/HUBBLE, NASA, SUYU ET AL.

  有足够的质量, 充分的扭曲的空间造成光线沿着多条路径传播到达同一个目的地。

哈勃太空望远镜发现并成像的六个强大引力透镜的例子。弧线和环状结构通过重建质量大小和分布并把它与观测到的背景光进行比较既能探测暗物质也能探测广义相对论。NASA, ESA, C. FAURE (ZENTRUM FÜR ASTRONOMIE, UNIVERSITY OF HEIDELBERG) AND J.P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE)

  这些质量像引力透镜一样行为, 创造背景恒星和星系的多个拉伸的、放大的图像。

在这里由哈勃成像的UZC J224030.2+032131星系并没有五个独立的组成部分, 而只是中心的、漫射的光源。环绕它的四个光是由于由引力透镜的空间弯曲和拉伸并产生这里显示的 ' 爱因斯坦十字 '。这张图片很可能是从来发现的最尖锐的爱因斯坦十字。ESA/HUBBLE AND NASA

  当透镜和一个背景源以特定的方式对齐时, 将造成四重图像。

一个放大的超新星iPTF16geu的引力上透镜的视图。这些插入物显示一个前景透镜星系的视图, 以及在最右侧用哈勃太空望远镜和凯科望远镜/NIRC2仪器SDSS观测到的透镜的超新星的多重图像的解析。ESA/HUBBLE & NASA; KECK OBSERVATORY; JOEL JOHANSSON

  对于稍有不同的光传播路径, 每个图像的亮度和到达时间是独一无二的。

当一个天文台看到一个强大的质量源比如类星体、星系或星系团时, 它能经常发现由于被前景质量扭曲的空间的透镜状的、放大的、扭曲的背景源的多个图像。ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.; JOEL JOHANSSON

    2014年11月, 观测到了一个四透镜的超新星, 准确的展示这种类型的对齐方式。

2014年11月, 发现了有一个星系团的一个前景星系内一个意外的对齐的背景星系。这个背景星系在90多亿年前经历了一个超新星, 来自所有四个图像的光几乎一下子都到达了。NASA, ESA, AND S. RODNEY (JHU) AND THE FRONTIERSN TEAM; T. TREU (UCLA), P. KELLY (UC BERKELEY), AND THE GLASS TEAM; J. LOTZ (STSCI) AND THE FRONTIER FIELDS TEAM; M. POSTMAN (STSCI) AND THE CLASH TEAM; AND Z. LEVAY (STSCI)

  虽然一个单个星系造成了这个四重图像, 但这个星系是一个巨大的显示它自己的强大的透镜效应的星系团的一部分。

星系团MACSJ1149.6+2223的颜色复合图像,有覆盖在宿主星系的z = 1.49红移上的源的临界曲线。来自2015年发表在《科学》杂志上的原始发现论文。这个超新星的四重图像只是同一个星系被识别地方的三个地点之一。P.L. KELLY ET AL., SCIENCE (2015): VOL. 347, ISSUE 6226, PP. 1123-1126

  在这个星系团的其它地方, 还出现了同一星系的两个额外图像。

一个遥远的背景星系被中间的、充满星系的星系的团如此严重的透镜以至于背景星系的三个独立图像能被看到有很大的不同的光传播时间。NASA & ESA

  根据爱因斯坦的广义相对论, 一张图像应该在1995年已经显示了一颗超新星, 另一颗应该出现在2015年底或2016年初。

这张图片描画一个引力透镜效应以及光能到达同一目的地所能走的多条路径。考虑到巨大的宇宙距离和在起作用的巨大质量, 图像之间的到达时间能相差几个小时或多达几十年。NASA, ESA, AND JOHAN RICHARD (CALTECH, USA); ACKNOWLEDGEMENTS: DAVIDE DE MARTIN & JAMES LONG (ESA/HUBBLE)

    2 0 1 5年 1 2月 1 1日, 这颗预测的超新星出现了并很快被发现。

左边的图片显示来自前沿场方案一个星系团MACS J1149.5+2223的深场观测的一部分。圆圈表示这颗超新星的最新出现和被预测的位置。在右下角来自2014年底的爱因斯坦十字事件是可见的。右上角的图片显示由哈勃从2015年10月在观测方案来探测这颗超新星的最新出现开始时拍摄的观测。右下角的图像显示在2015年12月11日发现的莱孚斯达尔（refsdal ）超新星, 这是由几个不同模型预测的。NASA & ESA AND P. KELLY (UNIVERSITY OF CALIFORNIA, BERKELEY)

  这种引力透镜、暗物质和广义相对论的结合证实我们的宇宙的现代画面。

一个星系团能从现有的引力透镜数据让它的质量被重建。大部分质量被发现不是在单个星系内的, 在这里显示为峰, 而是来自星系团内的星系间介质, 在那里暗物质似乎来驻在的。在这个星系团中, 如果没有暗物质, 就不能解释莱孚斯达尔超新星的时间延迟观测。A. E. EVRARD. NATURE 394, 122–123 (09 JULY 1998)

    大多数寂静的星期一以不超过200个单词用图像、视觉中展示一个关于宇宙的科学故事。少说话;多微笑。

    我是一位哲学博士、作者和科学传播者,在不同的大学里专业物理学和天文学。自2008年以来,我为我的从一声爆炸开始博客赢得了无数的科学写作奖,包括由博士协会颁发的《最佳科学博客》.....

    天体物理学家和作者爱善西格尔是从一声爆炸开始的创始人和主要作家!他的书迁徙术和超越银河在任何售书的地方都可以买到。

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/11/19/physicists-used-einsteins-relativity-to-successfully-predict-a-supernova-explosion/#62e1c738561f