什麼是引力透鏡,愛因斯坦環究竟是什麼樣的?

2020-12-05 屠夫嗯嗯嗯

人們早就懷疑,在宇宙中無法被觀測到的空洞內部存在我們我們從未見到過的物質或者星體。這些物質到底是什麼?為什麼它們會脫離星系來到漆黑而又孤獨的宇宙空洞?

有些人猜測,這些看不見的東西很可能是一種緻密的小型星體結構,比如流浪的行星,或者小型的黑洞,甚至有人猜測,在宇宙空洞中存在的物質將會揭開暗物質之謎。

為了研究這些物質,二十世紀八十年代,帕琴斯基與奧洛克聯合啟動了搜索銀河系內「流浪緻密黑暗天體」的計劃。

他們藉助的方法便是引力透鏡。

引力透鏡是愛因斯坦宇宙觀的有力證明,即空間會在物質的存在下發生時空彎曲,而在宇宙中,引力透鏡將會發生多姿多彩的變化。

引力使得時空彎曲,而天體發出的光在沿著這些彎曲的時空中行走時,自身的軌跡也會發生奇妙的變化,就像是光在照射進水與透鏡中時發生偏折,所以被稱為引力透鏡。

如果說,地球上的觀測者與他所想要觀測到的星體之間存在一團不太明顯的物質,那麼觀測者所收到的該天體的圖像將會扭曲變形,這便是引力透鏡產生的效果。

但是,我們所能觀測到的宇宙尺度是非常小的,而光在這短暫距離中發生偏折的程度非常之小,一般情況下偏折無法被我們的肉眼發現,而一些小口徑的望遠鏡也會自動忽略這些偏折。

就算可以觀測到,天體的圖像也只是稍稍發生了一點變化,例如觀測到的星系變的扁了一點,或者變得圓了一點,再或者更亮一些,更暗一些,這些細微的變化一般來說是沒有意義的,但是當你可以將這些變化放大,我們便可以根據這些不同的扭曲,繪製出觀測者與天體之間產生的物質分布情況。

在極少數的情況下,引力透鏡產生的作用非常強大,例如當做引力透鏡的天體非常靠近觀測者與其所要觀測星體的連線時,視野恰好經過引力扭曲的中心,遠處星體的圖像就會被劇烈扭曲,甚至,一個星系就會產生5個不同的圖像。

再有一種可能,這些圖像會因為劇烈的你去變成環狀,這就是著名的愛因斯坦環。

引力透鏡效應給我們帶來了什麼樣的作用?

為了驗證在那些宇宙空洞中存在暗物質,又或者暗物質天體,天文學家將目標放在觀測最微小的引力透鏡變化,如果在觀察一顆恆星時有恰好經過了一個黑暗緻密天體,那麼它就會暫時放大遠處恆星的亮度,通過觀測這微弱的光度變化來驗證黑暗緻密物體的可能性。

然而結果卻令他們大失所望,因為他們發現的恆星的光度變化大多數都是恆星本身的脈動,而被確定的引力透鏡現象中有許多都是由恆星作為透鏡被發現的,真正的由黑暗緻密天體引起的引力透鏡現象基本上沒有。

這也就說明,如果真的存在暗物質,他們也絕對不是以星體形態出現的,而是分布的更加平滑與均勻。

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    愛因斯坦環最早是由愛因斯坦在廣義相對論中提出的,這種不尋常的形狀是由一個叫做引力透鏡的過程引發。引力透鏡會使從遠處照射過來的光線被光源和觀察者之間的物體的引力彎曲和拉扯。在GAL-CLUS-022058s的例子中,來自背景星系光線被它前面的星系團引力扭曲成我們看到的曲線。背景星系與圖像中間看到的星系團中央橢圓星系幾乎完全對齊。
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