开普勒卫星见证太空“引力透镜”奇观

　　科学家为开普勒太空望远镜设定了主要目标，搜索在遥远的恒星周围旋转的行星天体，开普勒卫星在探测过程中有时发现了极端性的相对论物理现象。在开普勒卫星探测红矮星KOI——256的情形中，天文学家在接收的数据中发现了光度的下降现象，NASA管控的开普勒卫星收集了光度变化的数据，天文学家从中可以判断系外行星的存在与否，光变数据隐藏了指示器的信号，当不发光的行星从它的主恒星前方经过时，行星遮挡了一部份恒星的光线，恒星光会变得黯淡一点，反之，当不发光的行星旋转到主恒星的背面时，从开普勒卫星的观测角度看来，行星不能遮挡恒星的光线，恒星光会变得明亮一点。

　　天文学家将行星从主恒星前方经过的事件称之为“过境”或“经过”，开普勒太空望远镜达到了前所未有的灵敏性，可以捕捉光度微小变化的信号。开普勒卫星观测了核聚变动力丧失的红矮星KOI—256，发现了行星“过境”的信号。加州理工大学的物理学家菲尔·缪尔海德带领了一支科学团队，他们找到了行星“经过”的痕迹，这是一颗大质量的行星，在“过境”中出现了一些特别的属性。

　　科学团队在经过多次检测之后得出结论，“过境”或经过的奇异星体实际上是一颗白矮星，而白矮星属于恒星的家族成员，科学团队收获了意外的惊喜，他们原以为找到了一颗行星，结果却发现了由两颗恒星组成的“红白双星”。科学团队的负责人缪尔海德解释说，他们观测到了一颗恒星的光度出现剧烈的下降，刚开始时以为这是一颗巨型的行星，它的体积相当于木星，从主恒星KOI—256的前方经过。

　　科学团队后续使用了加州帕洛马天文台的地基观测望远镜，应用了一项行星搜索的新技术或径向速度搜索法，技术的应用有原理的基础，当行星从主恒星的前方和后方经过时，探测仪仔细分析了恒星KOI—256的光谱线，如果有一颗经过的行星，那么该行星将对它的主恒星施加拉动性的引力，行星的引力拖动会造成主恒星轻微的摆动。当微小摆动的主恒星靠近观测者时，恒星的摆动效应产生了光谱的蓝移，反之，当微小摆动的主恒星离开观测者时，恒星的摆动效应产生了光谱的红移，当发现有蓝移和红移的交替摆动时，科学团队可以判定恒星周围行星的存在。

　　科学团队使用了径向速度的搜索方法，在对恒星KOI—256的观测中发现了不同寻常的现象，他们基本可以判定，在主恒星的周围有一个大质量的天体，但它不是一颗系外的行星，而是一颗如同陀螺一般快速旋转的恒星，这是一颗紧凑型的大质量白矮星，主恒星和伴随的白矮星组成了一对双星，白矮星是烧毁的恒星留下的躯壳。银河系内的大多数恒星都显现为双星系的形态，双星系的两颗恒星有紧凑的距离，两颗恒星的相伴相随在银河系内是常见的景象。

　　NASA的太空天文台——星系演化探索者（GALEX）为缪尔海德带领的科学团队提供了很大帮助，探索者分析了恒星的紫外线光谱，科学团队仔细检测了光度变化的过程，当伴随的白矮星从主红矮星的后面经过时，从开普勒卫星的观测角度看上去，主红矮星的亮度出现了下降，反之，当伴随的白矮星从主红矮星的前面经过时，主红矮星的亮度比期待的亮度值大，违背了人们正常的光度直觉，在直觉的背后有深刻的原因。

　　科学家应用了爱因斯坦的“引力透镜”原理，成功地解释了红矮星的亮度增大现象，当白矮星从主红矮星的前方经过时，极强的白矮星引力场引起了周围时空的弯曲，从主红矮星发出的光线经过了弯曲的时空场，光线产生了聚焦效应，经过聚焦的光线到达了“太空观测者”，光线的亮度看上去增大了，反之，当白矮星从主红矮星的后方经过时，从红矮星前方发出的光线没有受到弯曲时空场的聚焦或增强效应，红矮星的光度显得暗淡一些。

　　《天体物理学》杂志发表了缪尔海德科学团队的观测成果，在NASA的华盛顿总部开展开普勒项目研究的道格·哈金斯解释说，开普勒卫星观测到了主恒星光度的微小变化，科学团队收获了一个意外的发现，再次验证了爱因斯坦的广义相对论，在一颗遥远的恒星系见证了理论的检验过程，天文学家将这一相对论效应称为“微引力透镜原理”，在行星搜索活动中应用了这一原理，科学团队通过透镜原理发现了一颗白矮星，这是天文观测史上的第一次，通过对一个双星系中质量比白矮星低的主红矮星光度变化的分析，科学团队意外地发现了一颗白矮星。

　　微引力透镜原理的应用不限于个别星体的发现，在宇宙深场发现了大尺度空间的引力透镜现象，哈勃太空望远镜在大质量的星系群观测到了一种光弧圈现象，当遥远的光线经过星系群的大引力场时，光线沿着弯曲的时空移动，古老的星系光线时常来自于遥远的星系群和星系团的背后，经过时空弯曲的“聚焦效应”，古老光线的光度得到了放大。“引力透镜”原理使得光度的增强以自然方式发生。科学团队发现了红矮星KOI—256伴随的白矮星，他们似乎在冥冥之中遇见了科学巨匠爱因斯坦与开普勒卫星项目科学家的“牵手”，想象了一场与世纪科学家爱因斯坦的“对话”，“引力透镜”成为了科学家对系外行星和恒星进行搜索的有效工具。

　　（编译：2021-4-10）

　　举报/反馈