引力透鏡奇觀

2020-12-05 解仁江

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引力透鏡成像示意圖

遙遠天體發出的光線，在大質量星系群的引力作用下發生彎曲。大部分光線發散而去，其中一部分匯聚到了地球，觀測者看到被改變的影像

NASA/ESA

遙遠天體發出的光線，在大質量星系群及其周邊暗物質的引力作用下發生彎曲。大部分光線發散而去，其中一部分匯聚到了地球，觀測者看到被改變的影像。

前期我們講述黑洞時，引用了下面這張引力透鏡效果圖：

黑洞引力透鏡效果圖

然而由於引力透鏡天體的引力、形狀，透鏡與成像天體的距離等不同排布，引力透鏡成像結果千差萬別。

最著名的當屬下面的「愛因斯坦十字」：

「愛因斯坦十字」及其形成過程

Bell labs

在2015年哈勃望遠鏡偶然拍攝到一次超新星爆發形成的愛因斯坦十字。

由於四個影像的光線路徑不同，人類得以同時觀測一個超新星爆發的四個不同時間點的變化趨勢，形成了難得「時移」觀測。

一次超新星爆發形成的4個不同影像（箭頭所指位置黃色亮點）

NASA/ESA

圓環形的影像較為常見，比如ALMA望遠鏡捕捉到愛因斯坦環現象。成像的主體是星暴星系SDP.81。

SDP.81，愛因斯坦環

ALMA

一個近似圓環的影像，因其更像馬蹄的造型而被稱作「宇宙馬蹄」。

愛因斯坦「馬蹄」

哈勃太空望遠鏡

下圖是著名的柴郡貓星系群，笑臉裡面藏著一臉的暗物質。這是引力透鏡效應第二著名的例證。

柴郡貓星系群

構成笑臉的線條都是引力扭曲的星系，中間的光暈則是引力的始作俑者——暗物質

哈勃/錢德拉太空望遠鏡

移除了中央的光暈後，小貓笑得有些「邪惡」

最後給大家介紹一個最近的觀測成果，一種罕見的雙透鏡系統。

如下圖所示，由於及其巧合的排布，前景中的G1、G2構成了2個引力透鏡（空間維度上前後排列），兩個遙遠天體S2、S3在其作用下，形成了A、B、C、D四重影像。

雙透鏡成像

A.J. Shajib et al. (2019), arXiv:1910.06306

這樣的排列，使得科學家們可以同時測量不同距離引力透鏡的紅移現象，從而獲得比單一成像更為充足的數據，得以推演出更精確的宇宙膨脹係數，從而揭開宇宙膨脹之謎。

本文受啟發於介紹雙透鏡的文章，進而增添了其他內容。

編寫：趙琨 | 校對：毛明遠

編排：趙琨

責任編輯：毛明遠

後臺：庫特莉亞夫卡 李子琦

專欄打賞

『天文溼刻』 牧夫出品

美蘇太空競賽年代，曾設想過用核彈轟掉月球

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