據國外媒體報道，白矮星Stein 2051 B距離地球大約18光年，過去一百多年來，對它的質量測量已經成為天文學上爭論的話題之一。現在，一群天文學家利用愛因斯坦最初預言過的一種宇宙現象，對這顆白矮星進行了一次精確測量，解決了這一百年爭論。研究人員選擇了Stein 2051 B遮蔽另一顆恒星——距離地球更加遙遠——的時機，利用哈勃太空望遠鏡對其進行了觀測，以此計算出了這顆白矮星的質量。在遮蔽過程中，背景恒星在天空中的位置似乎出現了非常細微的偏移，但它的實際位置其實完全沒有改變。
這張圖顯示了愛因斯坦環（中間偏右）。天文學家已經在宇宙中多次觀測到了引力透鏡效應，尤其是在星係、星係團和黑洞等特別巨大的天體附近。
這張圖顯示了巨大天體，如一顆白矮星的引力如何使附近的時空扭曲，進而使更遙遠天體發出的光線發生彎曲。
這張圖片顯示了Stein 2051 B在天空中的移動，遮蔽背景恒星並造成位移。天文學家觀察了它的移動，以及它對背景恒星光線的引力透鏡效應。
這種宇宙視錯覺被稱為"引力透鏡"。天文學家已經在宇宙中多次觀測到了引力透鏡效應，尤其是在星係、星係團和黑洞等特別巨大的天體附近。引力透鏡效應的出現是由於巨大天體會導致附近的空間出現扭曲，來自更遙遠天體的光線在經過時就像通過透鏡一樣發生彎曲。在一些情況下，引力透鏡會使背景恒星看起來像發生了位移。事實上，這就像把鉛筆放到裝水的水杯裏，水麵上和水麵下的部分會因為光的折射而出現錯位。
愛因斯坦曾經預言，這種位移可以用來測量單個恒星的質量，因為背景恒星的位置偏移程度取決於前景恒星的質量。但是，當時的望遠鏡達不到足夠的靈敏度，無法實現愛因斯坦的這一預言。
參與此次研究的科學家表示，此前還沒有人利用背景恒星的位移計算過單個恒星的質量。事實上，科學家對恒星之間的位移進行測量的例子隻有一次：1919年的日全食期間，科學家觀察到太陽使幾顆背景恒星出現了位移。當時之所以能觀察到這一現象，隻是因為太陽太接近地球。
此次新研究的結果在線發表在近期的《科學》（Science）雜誌上。
宇宙透鏡
根據愛因斯坦的廣義相對論，空間是有彈性的，而不是固定不變，並且大型物體（比如恒星）可以造成空間的扭曲，就像保齡球在柔軟墊子上造成的曲麵。物體使時空扭曲的程度取決於物體的質量（同樣的，更重的保齡球在墊子上壓出來的痕跡就越深）。
光線通常在真空中以直線傳播，但如果光線經過一個巨大的物體，那它的軌跡看起來就會像道路的拐彎一樣，偏離原先的直線。愛因斯坦指出，這種偏斜會將更多的光線傳遞給觀察者，類似於用放大鏡將散射的陽光聚焦到一個點上。這種效應會使背景天體看起來更加明亮，或者在前景天體上形成一個亮環——愛因斯坦環（Einstein ring）。
天文學家已經多次觀察到愛因斯坦環，以及由非常巨大的前景"透鏡"——如整個星係——形成的"亮度增強事件"。這些現象也可以在銀河係的平麵上觀察到，很可能是由那裏的單個恒星引起的引力透鏡效應。天文學家還利用這種效應來探測其他恒星附近的行星。
在此次新研究中，天文學家首次報道了對所謂"非對稱透鏡"（asymmetric lensing）的觀測結果，涉及的是兩顆太陽係以外的恒星，其中一顆背景恒星的位置出現了改變。
論文第一作者、空間望遠鏡研究所（Space Telescope Science Institute，縮寫為STScI，位於巴爾的摩的約翰霍普金斯大學）的天文學家Kailash C。 Sahu稱，位移的程度與前景天體的質量直接相關，如果是相對較"輕"的天體，比如恒星，這種位移的程度極為細微，很難被探測到。在白矮星Stein 2051 B的例子中，受其影響的恒星在天空中的位移大約為2毫角秒，相當於觀察2400公裏外一個25美分硬幣的寬度。
探測如此微小的變化需要強大的觀測設備，比如哈勃太空望遠鏡上安裝於2009年的高解析度相機。該設備還能夠捕捉位移恒星發出的光線。Sahu稱，這些光線比起Stein 2051 B來簡直微不足道，就像電燈泡旁邊的螢火蟲。
研究人員在2013年10月至2015年10月間進行了8次測量。他們觀察了這顆白矮星在天空中的移動，遮蔽背景恒星並造成位移。在Stein 2051 B經過之後，天文學家還觀測到了背景恒星的實際位置。
許多變量都可能影響科學家能否觀測到更多類似的事件，包括兩個天體的排列方式、前景天體的質量及其與地球的距離、前景天體與背景天體之間的間隔，以及太空望遠鏡的靈敏度等。不過，Sahu表示，他認為自己的團隊已經證明了研究方法的有效性，科學家每一年都可以用這種方法測量2到4顆鄰近恒星的質量。
恒星化石
當恒星發展到白矮星階段時，其內核已經不再燃燒氫（不再產生能量），外層的氣體會逐漸散去，留下密度極高的核心部分。白矮星形成時，物質的塌縮會導致表麵溫度上升，甚至可能高於"活著的"恒星。
"天空中至少97%的恒星，包括太陽在內，都將變成或者已經變成白矮星，"佛羅裏達州安柏瑞德航空大學的工程和物理學教授特裏·奧斯瓦爾特（Terry Oswalt）在《科學》雜誌同期的"視角"（Perspectives）欄目文章中寫道，"因為它們是所有前代恒星的化石。白矮星是發掘星係——如我們所在的銀河係——曆史和演化的關鍵。"
奧斯瓦爾特並沒有參與此次研究。他指出，Stein 2051 B的質量問題已經"爭論了超過一百年"。在目前科學家的設想中，白矮星的質量和半徑可以揭示出它們如何形成、由什麼物質組成，以及來源於哪種類型恒星等關鍵信息。
此前對Stein 2051 B的質量測量顯示，它主要由鐵構成。然而，根據研究論文的描述，這一發現存在幾個與已知白矮星形成和演變理論相悖的問題。比如，要形成如此大量的鐵，演變成Stein 2051 B的恒星需要極其巨大，但對Stein 2051 B半徑的研究顯示，它來源於一顆比太陽大不了多少的恒星。
如果這些對Stein 2051 B質量的測量是對的，那天體物理學家就得回到黑板前，搞清楚這樣一顆白矮星是如何形成的。Sahu稱，天文學家意識到他們對Stein 2051 B的質量測量很可能是不對的，但他們沒有辦法確定這一點。
通常情況下，測量恒星質量的唯一方法是觀察它與另一個巨大天體的互動情況。例如，在一個兩顆恒星互相圍繞運轉的聯星係統中，質量較大的恒星將對另一顆恒星施加更大的影響；通過觀察這兩顆恒星隨時間推移的相互關係，科學家可以越來越精確地計算出它們的質量。Stein 2051 B確實有一個"同伴"，但二者的距離非常遙遠，它們對彼此的影響也十分微弱。
新研究的結果顯示，Stein 2051 B實際是一顆非常普通的白矮星，符合已經廣被接受的白矮星形成理論。它的質量大約是太陽的0.68倍，表明它來源於一顆質量是太陽2.3倍的恒星。此前的測量結果中，Stein 2051 B的質量大約是太陽的0.5倍。
Sahu表示，質量和半徑都能得到準確測量的白矮星並不是很多。"研究證實了白矮星質量與半徑之間的關係，"他說，"（天體物理學家）一直在使用這一理論，很高興知道它還很站得住腳。"
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