借助哈勃空間望遠鏡敏銳的視力，天文學(xué)家重復(fù)了近一個世紀以前，人們對愛因斯坦廣義相對論所作的一場檢驗。通過觀測一顆白矮星，即一顆普通恒星燃盡之后的殘骸，對另一顆更遙遠恒星的星光產(chǎn)生的偏折作用，哈勃團隊測量出了這顆白矮星的質(zhì)量。這也是哈勃空間望遠鏡首次觀測到由一顆恒星產(chǎn)生的光線偏折效應(yīng)。

1915年，愛因斯坦首次提出廣義相對論，描述了大質(zhì)量物體如何扭曲空間產(chǎn)生了我們所感受到的引力。4年后，這一理論得到了首次觀測實驗的驗證——當時一支由英國天文學(xué)家亞瑟·愛丁頓爵士率領(lǐng)的團隊在日全食期間，測量了出現(xiàn)在日面邊緣的恒星的星光受到太陽引力作用而發(fā)生偏折的幅度，這種效應(yīng)稱為微引力透鏡。

利用這一效應(yīng)，天文學(xué)家可以看見遙遠的星系被引力透鏡放大的圖像，也可以在更近的距離范圍內(nèi)測量恒星在天空中視位置的細微移動。然而，科學(xué)家不得不等上一個世紀之久，才能夠建造出足夠強大的望遠鏡，用來檢測太陽系外的單顆恒星所導(dǎo)致的引力扭曲現(xiàn)象。這種現(xiàn)象導(dǎo)致的星光偏折幅度之小，只有視力敏銳的哈勃空間望遠鏡才能夠測量出來。

白矮星的引力彎曲了另一顆恒星的星光，導(dǎo)致哈勃望遠鏡觀測到這顆恒星的位置發(fā)生了偏移，再現(xiàn)了近一個世紀前天文學(xué)家在日全食期間對愛因斯坦的廣義相對論所作的第一次觀測檢驗。圖片來源：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

確切來說，哈勃觀測了白矮星Stein 2051 B從另一顆背景恒星前方經(jīng)過的過程。在這兩顆恒星幾乎要對齊的時候，白矮星的引力彎曲了它身后更遠處那顆恒星的星光，使得后者看起來要比實際位置偏移了大約2毫角秒。這一偏移幅度非常之小，相當于在觀測2400千米以外一只螞蟻爬過一枚一元硬幣的表面。

根據(jù)對恒星偏移幅度的測量，天文學(xué)家計算出了這顆白矮星的質(zhì)量，大約為太陽質(zhì)量的68%。這一結(jié)果與理論預(yù)言相符。

從2013年10月1日到2015年10月14日，哈勃望遠鏡對白矮星Stein 2051 B進行了多次觀測，記錄了它從一顆更遙遠的背景恒星前方經(jīng)過的全過程。對觀測數(shù)據(jù)進行分析后，天文學(xué)家再現(xiàn)了近百年前對廣義相對論的首次檢驗，并測量出了這顆白矮星的質(zhì)量。圖片來源：NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)

這一技術(shù)開啟了一種測量恒星質(zhì)量的全新方法。通常來說，如果一顆恒星擁有伴星，天文學(xué)家就能測量這兩顆恒星相互繞轉(zhuǎn)的軌道運動，從而測定那顆恒星的質(zhì)量。盡管Stein 2051 B擁有一顆伴星，是一顆明亮的紅矮星，但天文學(xué)家仍然無法精確測量它的質(zhì)量，因為這兩顆恒星間隔太遠了。兩顆恒星間隔了至少80億千米，幾乎是冥王星到太陽當前距離的兩倍。

“對于測量恒星質(zhì)量來說，微引力透鏡法是一種非常獨立和直接的方法。”美國空間望遠鏡研究所負責(zé)此項研究的凱拉什?薩胡（Kailash Sahu）解釋說，“就好像把這顆恒星放在了一桿稱上：恒星偏移的幅度就代表了稱桿上的讀數(shù)。”

6月7日，薩胡在得克薩斯州奧斯汀市召開的美國天文學(xué)會年會上公布了他們團隊的這些發(fā)現(xiàn)。

白矮星從更遙遠的背景恒星前方經(jīng)過時，由于光線被白矮星引力掰彎，背景恒星的位置就會發(fā)生偏移。圖片來源：NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

哈勃的分析還幫助天文學(xué)家獨立驗證了通過白矮星質(zhì)量來確定它半徑的理論，這個想法最早是由印度裔美國天文學(xué)家蘇布拉馬尼安·錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）在1935年提出的。團隊成員、美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的霍華德?邦德（Howard Bond）說，“我們的測量與白矮星理論符合得很好，甚至向我們透露了白矮星的內(nèi)部構(gòu)成?！?/p>

薩胡的團隊對一張鄰近恒星星表進行了梳理，其中記錄的5000多顆恒星，看起來都在天空中快速移動。正是從這些數(shù)據(jù)中，研究團隊圈定了Stein 2051 B和它的背景恒星。看上去在天空中快速移動的這些恒星，從另一顆遙遠的背景恒星前面經(jīng)過的可能性更大，只有這樣天文學(xué)家才有機會去測量星光的偏折。

在圈定了Stein 2051 B這顆白矮星，并測繪了它周圍背景恒星的位置之后，這些研究者利用哈勃望遠鏡上的第三代廣域相機，在長達2年的時間段內(nèi)，對這顆白矮星進行了7次不同的觀測，記錄了它從選定的背景恒星前方經(jīng)過的全過程。

哈勃的這項觀測難度極大，耗時也長。研究團隊不得不分析白矮星的速度和運動方向，預(yù)言它會在什么時候抵達偏折星光的位置，以便天文學(xué)家能夠使用哈勃望遠鏡來觀測這一現(xiàn)象。

哈勃望遠鏡拍攝的這張照片，展示了2013年10月1日的Stein 2051雙星系統(tǒng)。畫面中心偏上較暗的藍色恒星，就是白矮星Stein 2051 B，右下方較明亮的紅色恒星是它的伴星。由于這對雙星離地球很近，大約只有17光年，因此相對于更遙遠的幾顆背景恒星，它們在天空中會有更明顯的位移。藍色波浪線標明了白矮星在天空中的移動軌跡，可以看到它會從標明了“源恒星”的那顆背景恒星旁邊前方，它的引力足以彎曲那顆恒星的星光。圖片來源：NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)

天文學(xué)家還必須測量星光偏移的確切幅度?！癝tein 2051 B要比那顆遙遠的背景恒星亮400倍，”團隊成員、空間望遠鏡研究所的杰伊?安德森（Jay Anderson）說，“因此，測量這么小的偏移幅度，就類似于想要看清在一個大燈泡旁邊飛舞的一只螢火蟲。螢火蟲的移動非常細微，而大燈泡的光芒卻讓我們難以看清它的移動?！笔聦嵣?，與1919年愛丁頓所作的那次觀測相比，背景恒星的偏移幅度大約是當時的1/1000。

Stein 2051 B得名于它的發(fā)現(xiàn)者——荷蘭天主教牧師兼天文學(xué)家約翰?斯特恩（Johan Stein）。它距離地球17光年，年齡估計為27億年。那顆背景恒星距離地球大約5000光年。

這些科學(xué)家還計劃用哈勃望遠鏡，對離我們太陽系最近的半人馬座比鄰星，展開類似的微引力透鏡研究。

詳細描述這些結(jié)果的研究論文，將發(fā)表在6月9日出版的《科學(xué)》雜志上。（編輯：Steed）