科研人員發現Rastall引力理論合理的新依據

國際雜誌Monthly Notices of the Royal Astronomical Society在線發表了中國科學院雲南天文台博士李瑞、研究員王建成等人的研究成果，他們對一種修改引力（Rastall引力）在星系尺度的應用開展了理論分析和觀測約束的研究，發現橢圓星系中物質（包括暗物質）質量分布的基本假設（冪律分布）是Rastall引力的自然結果，而廣義相對論不能給出這樣的質量分布；另外，他們利用118個橢圓星系的強引力透鏡樣本，對Rastall引力的參數進行觀測約束，得到參數的分布範圍，發現Rastall引力在星系尺度是合理的，該研究為檢驗引力理論提供了新途徑。

能動張量守恆是廣義相對論的基本假設，已在平直時空中得到驗證，而在彎曲時空中，基本假設可能不成立，因此，Rastall引力理論被提了出來，它賦予彎曲時空中能動張量一個新的性質，並引入兩個Rastall參數，使物質分布與時空結構之間存在相互作用。

近年，Rastall引力在宇宙學和黑洞時空結構等方面有許多的應用研究，但它在星系尺度的應用研究卻空白，至今沒有相關的觀測來約束Rastall引力的參數。基於Rastall引力理論，李瑞等人推導了橢圓星系中的質量分布，發現該分布是冪律分布，其冪指數由兩個Rastall參數確定，而基於廣義相對論卻得不到這樣的質量分布。

如何從觀測上推測橢圓星系質量分布的冪指數呢？天文學家發現星系的強引力透鏡現象能推測冪指數，這種現象是星系視線背後天體（背景天體）的光，在星系的引力影響下發生偏折，導致星系周圍出現背景天體的多個像或弧形像，星系就像一個透鏡，而背景天體的成像性質取決於星系質量分布的冪指數，因此，利用橢圓星系的強引力透鏡現象，可以推測冪指數，約束Rastall引力的參數，從而判斷Rastall引力理論的合理性。

該研究得到國家自然科學基金和中科院天體結構與演化重點實驗室的資助。

圖：118個橢圓星系的Rastall引力參數分布

來源：中國科學院雲南天文台

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