測量恆星精確體重:利用天體之間的引力作用
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據國外媒體報道,一些體積龐大的恆星距離地球數萬億公里,但從地球角度進行觀測,它們是夜空中微小的發光星星。在一項最新研究中,天文學家能夠測量鄰近白矮星的“精準體重”,白矮星是進入生命循環末期的恆星,科學家是如何精確測量數光年之外恆星的質量呢?
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美國安柏瑞德航空大學工程物理學教授特里·奧斯華爾特(Terry Oswalt)説:“測量恆星、行星和星系質量的唯一方法是通過它們與其它天體之間的引力影響。”這項最新研究報告發表在近期出版的《科學》雜誌上,奧斯華爾特對該研究報告進行了評論説明。
也就是説,如果一顆衞星環繞木星,通過測量行星對衞星軌道的引力效應可以評估出木星質量。這樣的測量也可以應用於恆星,像美國宇航局開普勒太空望遠鏡等靈敏儀器,當行星環繞恆星運行時牽引恆星,可以測量恆星速度的微小變化,能夠從另一個角度探測環繞恆星運行的行星。這些測量數據能夠向研究人員提供關於恆星質量的重要信息。
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奧斯華爾特指出,當兩顆恆星彼此環繞運行,就像雙星一樣,天文學家使用多普勒效應能夠測量它們的運動,多普勒效應與警察的雷達槍具有類似的原理,然而這項技術要求觀測天體目標。基於光譜我們可以間接地評估恆星的質量,但是這依據於恆星大氣層模型,科學家很難預測其正確性。
目前,這項最新技術可使天文學家評估出恆星和其它天體的質量,其中包括:本質上昏暗的白矮星、黑洞和流浪行星,通過望遠鏡很難對它們進行觀測。美國太空望遠鏡科學研究所的天文學家負責這項研究,他們證實瞭如何測量一顆鄰近白矮星——Stein 2051 B,該技術依賴於引力對光線產生的影響。
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奧斯華爾特説:“在著名的E =mc^2等式中,愛因斯坦假設能量和質量具有等價性,光線是微小的能量,並且具有極少質量,但是它也能受到引力作用的影響。”
愛因斯坦還預測到一顆遙遠恆星周圍掠過天體,受天體引力牽引作用,恆星光線將產生輕微彎曲。為了觀測這一效應,這個天體必須具有接近完美的精確性,這是非常罕見的。奧斯華爾特解釋稱,當背景恆星光線掠過白矮星Stein 2051 B時,光線直線方向被彎曲,將意味着光線來自於不同的方向,使得白矮星緩慢掠過背景恆星,好像背景恆星在空中製造了一個小圈。
奧斯華爾特強調稱,基本原理是背景恆星位置產生的明顯偏差將直接表明了白矮星Stein 2051 B的質量和引力,以及這兩顆天體的“親密程度”。這種效應叫做“引力微透鏡效應”,對於遙遠天體,引力起到放大鏡的作用,能夠彎曲恆星光線,因此恆星光線出現了閃爍。
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