【博科園-科學(xué)科普】為了研究宇宙中最遙遠(yuǎn)的天體，天文學(xué)家通常依靠一種被稱(chēng)為引力透鏡的技術(shù)。根據(jù)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的原理，這項(xiàng)技術(shù)依賴(lài)于物質(zhì)的大量分布(如星系團(tuán)或恒星)來(lái)放大來(lái)自遠(yuǎn)處物體的光，從而使它看起來(lái)更亮更大。然而近年來(lái)，天文學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了這種技術(shù)的其他用途。例如哈佛-史密森天體物理中心(CfA)的一組科學(xué)家最近決定，引力透鏡也可以用來(lái)測(cè)定白矮星的質(zhì)量。
引力透鏡的技術(shù)依賴(lài)于觀察者和物體之間存在的大量物質(zhì)，以放大來(lái)自該物體的光。圖片版權(quán)：NASA
這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致天文學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)新時(shí)代，在那里可以確定質(zhì)量較弱的物體。這項(xiàng)研究將他們的研究結(jié)果詳細(xì)描述出來(lái)，標(biāo)題為“預(yù)測(cè)恒星殘骸的引力透鏡效應(yīng)”，這一研究在英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)的月刊上發(fā)表。該研究由CfA的Alexander J. Harding領(lǐng)導(dǎo)，包括Rosanne Di Stefano和Claire Baker(也來(lái)自CfA)，以及來(lái)自南安普頓大學(xué)、喬治亞州立大學(xué)、尼日利亞大學(xué)和康奈爾大學(xué)的成員。
簡(jiǎn)單地說(shuō)確定天體的質(zhì)量是天文學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)之一。到目前為止最成功的方法依賴(lài)于雙星系統(tǒng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)的軌道參數(shù)依賴(lài)于兩個(gè)物體的質(zhì)量。不幸的是處于恒星演化末期的星體——如黑洞、中子星或白矮星——往往過(guò)于微弱或孤立，無(wú)法被探測(cè)到。這是不幸的，因?yàn)檫@些物體要對(duì)許多戲劇性的天文事件負(fù)責(zé)。這些包括物質(zhì)的吸積，高能輻射的發(fā)射，引力波，伽馬射線(xiàn)爆發(fā)，或超新星。
哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的白矮星I12506+4110E(明亮的物體，在這張底片上看到的黑色)和它的場(chǎng)，其中包括兩個(gè)遙遠(yuǎn)的恒星PM12-MLC1&2。圖片版權(quán)：Harding et al./NASA/HST
許多這樣的事件對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)仍然是個(gè)謎，或者對(duì)它們的研究還處于起步階段，即引力波。在他們的研究中：引力透鏡提供了另一種測(cè)量質(zhì)量的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是只依賴(lài)于背景光源的光，因此即使是深色鏡片也可以使用。事實(shí)上由于透鏡的光會(huì)干擾透鏡效應(yīng)的檢測(cè)，所以緊湊的物體是理想的透鏡。
隨著進(jìn)入狀態(tài)，迄今為止發(fā)現(xiàn)的18000個(gè)透鏡事件中，大約有10%到15%被認(rèn)為是由致密物體引起的。然而科學(xué)家們無(wú)法分辨出這些被檢測(cè)到的事件中哪一個(gè)是由致密透鏡引起的。研究小組試圖通過(guò)識(shí)別當(dāng)?shù)氐木o湊型物體來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并預(yù)測(cè)他們何時(shí)會(huì)產(chǎn)生透鏡效應(yīng)，以便研究。
通過(guò)聚焦在太陽(yáng)附近的預(yù)先選定的緊湊型物體，確保透鏡事件將由白矮星、中子星或黑洞引起，此外鏡頭的距離和適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)可以在事件之前準(zhǔn)確地測(cè)量，或者在事后進(jìn)行。有了這些信息，lensing light曲線(xiàn)就能精確測(cè)量鏡頭的質(zhì)量。最后研究小組決定，可以從數(shù)千個(gè)本地對(duì)象中預(yù)測(cè)lensing事件。其中包括250顆中子星，5個(gè)黑洞，大約35000個(gè)白矮星。中子星和黑洞是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)橐阎姆N群太小，它們的運(yùn)動(dòng)和/或距離通常不為人所知。
但在白矮星的情況下，作者預(yù)計(jì)它們將在未來(lái)提供許多透鏡機(jī)會(huì)。根據(jù)白矮星在天空的一般運(yùn)動(dòng)得到了一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，估計(jì)每十年將會(huì)有30-50個(gè)透鏡事件發(fā)生，這可能是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，歐洲航天局的蓋亞任務(wù)，或者NASA的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)發(fā)現(xiàn)的。就像他們?cè)诮Y(jié)論中陳述的那樣：在接下來(lái)的十年里，蓋亞和赫斯特都可以觀測(cè)到白矮星所產(chǎn)生的透鏡效應(yīng)。
光度計(jì)事件將會(huì)發(fā)生，但要探測(cè)到它們，就需要觀察成百上千個(gè)遙遠(yuǎn)的白矮星的位置。當(dāng)我們了解到大量白矮星的位置、距離和適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)諸如蓋亞的研究調(diào)查，通過(guò)不斷的和新的廣域調(diào)查，情況將繼續(xù)改善。天文學(xué)的未來(lái)確實(shí)是光明的。在改進(jìn)技術(shù)、方法和部署下一代空間和地面望遠(yuǎn)鏡的過(guò)程中，可以看到和學(xué)習(xí)更多的機(jī)會(huì)。
知識(shí)：科學(xué)無(wú)國(guó)界，博科園-科學(xué)科普
參考：CfA, MNRAS
