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激光频率梳检验广义相对论

发布:guangxuedaren    |    2020-11-15 01:06    阅读:556
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据报道,在位于智利的欧洲南方天文台(ESO)的一个望远镜上进行的这项实验,是迄今为止对引力作用于太阳光球层的光谱线的微小红移的最精确测量,该结果为支持爱因斯坦理论的百年之久的证据增添了新的内容。这项工作还有助于确定在宽光谱范围内用频率梳校准的光谱仪组合是否能够显示出测量遥远行星微小光谱“摆动”所需的长期稳定性。
HARPS光谱仪
      ESO位于智利拉西拉天文台的3.6米望远镜与被称为高精度径向速度行星搜索器(HARPS)的阶梯光栅光谱仪相连接。光谱仪测量的是恒星和行星围绕其共同质心运行时,恒星光谱中发生的微小多普勒偏移。这种所谓的径向速度法,虽然是间接的但在过去的25年中已经发现了数千颗太阳系外行星。 与其他行星搜寻光谱仪一样,HARPS将目标恒星的光谱线与地球上产生的参考光谱进行比较。ESO仪器使用光纤同时观察恒星和钍氩灯的光谱。凭借这盏参考灯,HARPS自2003年看到“第一束光”以来,已经发现了130多颗围绕其他恒星运行的行星。
       校准激光频率梳而不是灯应提高光谱仪的准确性和精密度。 西班牙的研究人员表示,要用径向速度技术探测系外行星需要的是精度而不是精确,要测量太阳引力红移的影响,需要的是光谱位置的绝对精度。
酝酿十年
       实际上,研究人员们在近10年前收集了太阳引力红移测试的数据。通过一个HARPS的光纤传输,研究小组收集了月球反射的太阳光的光谱,而另一个则接收了来自激光频率梳的数千条等间距的光谱线。这个光梳与一个原子钟相连,每个光谱阶提供大约350条等间距的线,每个光谱阶内的线具有相似的强度。在每个光谱顺序内,钍氩灯只能提供大约100个不同强度的谱线。
       在太阳光谱中,IAC小组检查了456-590nm波长范围内的326条铁光谱线,并将它们与由太阳的流体动力学计算机模型生成的合成线进行了比较。爱因斯坦的方程式预测,从地球上看,太阳的引力红移是633.1米/秒。IAC团队得出的平均红移为638±6 m/s。
太阳系外行星搜索
       当然,ESO建造了HARP以及一个类似的系统,叫做ESPRESSO,也位于智利的超大望远镜阵列,用来搜寻系外行星。根据研究人员的说法,HARPS还没有发现任何用光梳校准而不是灯校准的行星,但他预计这种情况在不久的将来会改变。根据系外行星围绕其中心恒星的轨道半径,地球上的科学家需要多年的径向速度观测才能探测到它们,为这项研究做出贡献的还有来自西班牙、意大利、法国和德国机构的研究人员。

图 Fe谱线的谱线偏移,使用校准波长作为参考波长,拟合在HARPS-LFC月球光谱与三维线轮廓在蓝片(蓝点)和在红片(红点)。这两条Fe线的行移位显示为橙色符号

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