image: This illustration reveals how the gravity of a white dwarf star warps space and bends the light of a distant star behind it. This material relates to a paper that appeared in the June 9, 2017, issue of Science, published by AAAS. The paper, by K.C. Sahu at Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., and colleagues was titled, 'Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star.' view more
Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
在爱因斯坦推出了他的广义相对论之后略超过100年之际，科学家们成功地运用其定律确定了一颗白矮星的重量；广义相对论令人类对宇宙的理解发生了革命性的改变。通过一颗星球对光线的引力影响来测量其重量的能力到目前为止还仅仅是一种理论上的可能性。爱因斯坦本人在1936年提交给《科学》杂志的一篇文章中说：“没有希望能直接观察到这一现象。”由爱因斯坦所提的广义相对论的一个关键性的预测是：在某个巨大物体（如一颗星球）附近的空间曲率会引起穿越其附近的一缕光线偏转，其程度是根据经典引力定律所致偏转量的两倍。关于这一现象的首个证据是在1919年第一次以日食形式得到的。然而，尽管经过100年的努力及经历了技术上的进步，应用光线弯曲来直接确定星球的重量还没有取得成功。要想取得成功，一颗位于前景（foreground）的星球（镜片）必需与位于背景（background）的星球（物源）完美重叠。这会令物源的镜像形成一个圆圈（称作爱因斯坦环）；只要镜头的焦距是已知的，爱因斯坦环可被用来确定该星球的重量。在这里，Kailash Chandra Sahu和同事在5000多颗恒星中主动寻找具有这种直线排列形式的星球。他们意识到，白矮星Stein 2051 B 恰好有着这种完美的定位——它在2014年3月正好位于一颗背景星球之前。他们指示哈勃望远镜对此现象进行观察，测量背景星球表观位置的些微移动，这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据，作者估计，该星球的重量约为0.675 M⊙。直接测量Stein 2051 B的重量对理解白矮星的进化具有重要的意义，因为白矮星是宇宙中最常见的星球类型。T. D. Oswalt在一篇《视角》文章中重点介绍了这一进展。
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