引力透鏡奇觀_風聞

原創；牧夫天文

引力透鏡成像示意圖

遙遠天體發出的光線，在大質量星系羣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，在大質量星系羣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羣，笑臉裏面藏着一臉的暗物質。這是引力透鏡效應第二著名的例證。

柴郡貓星系羣

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。

『天文時刻』 牧夫出品

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