愛因斯坦十字架又雙叒叕多了！_風聞

　　翻譯：費思敏

　　校譯：Liufeng

　　編排：關關

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐玖坤 胡永崴

　　參考文獻：

　　https://www.universetoday.com/150837/gaia-finds-12-examples-of-einstein-crosses-galaxies-being-gravitationally-lensed-so-we-see-them-repeated-4-times/#more-150837

　　https://sci.esa.int/web/gaia/-/28820-summary

　　https://sci.esa.int/web/gaia/-/47354-fact-sheet

　　1915年，愛因斯坦完成了廣義相對論（GR）的收尾工作，其將引力描述為時空的幾何屬性，這是一個革命性的新假設。廣義相對論對引力的描述仍為現代物理學所認可，並且還預測大型天體（例如星系和星系團）會彎曲時空結構。

　　時空彎曲的一個直觀效果就是，大型天體可以作為透鏡，扭曲並放大來自更遠處天體的光。這種效應被稱為“引力透鏡效應”，會導致各種視覺現象-尤其是 “愛因斯坦十字架”。一組研究人員藉助來自歐洲空間局（ESA）蓋亞太空天文台的數據發現了12個新的愛因斯坦十字架。

　　簡而言之，當來自遙遠天體（在這種情況下為類星體）的光被前景星系強烈扭曲，觀測者會看到天體的四重圖像，而四個光點恰好形成了愛因斯坦十字架。儘管愛因斯坦早在1912年就已經預測到這種效應，但人類直到1979年才發現引力透鏡效應類星體的第一個二重像。到1985年，人類總共發現了約50個愛因斯坦十字架，但其中只有一個是四重像。

　　蓋亞任務是歐洲太空運營中心運營的最費心力的項目之一，其主要目標是為銀河系繪製一幅最大最精確的三維地圖，這將為研究銀河系的形成提供重要工具。蓋亞探測器於2013年12月19日發射升空，本應於2019年7月結束任務，後其服役時間延期至2025年12月31日。

　　蓋亞在測量期間可以發現並精確測量每一顆恆星圍繞銀河系中心的運動軌跡，但同時也會有其他發現，例如圍繞其他恆星的行星、太陽系中的小行星、太陽系外冰殼星球、褐矮星，遙遠的超新星和類星體等。

　　使用蓋亞DR2的數據發現了12個愛因斯坦十字架。

　　Credit：蓋亞引力透鏡合作項目

　　這項研究是由蓋亞引力透鏡工作組（GraL）負責的，由來自澳大利亞、巴西、印度、歐洲和美國的成員進行國際合作。法國蔚藍海岸大學的天文學家，Francois Mignard，也是GraL成員之一，在最近ESA新聞稿中談到了研究愛因斯坦十字架的挑戰。

　　“想要找到新的愛因斯坦十字架很困難，因為我們對去哪裏尋找它們毫無頭緒，” 他説，“它需要高空間分辨率的成像才能定位候選對象。”於2013年啓動的ESA的蓋亞任務擁有空前的空間分辨率，且每隔幾個月就能對整個天空觀測一次，這使其在該領域具有革命性意義。

　　該團隊使用一系列特殊的機器學習算法，搜索了蓋亞數據版本2（Gaia DR2），來尋找強引力透鏡效應類星體的潛在目標。波爾多大學的Christine Ducourant説：“我們需要確認這四個緊密堆疊的圖像並不是四個獨立光源的純粹偶然排列，而是單個遙遠光源被一個星系干擾扭曲形成的四副圖像。”

　　由於蓋亞的光譜和可見光（光度學）測量方法尚未發佈，因此該團隊依靠NASA的廣域紅外巡天探測器（WISE）獲得的光度測定，來預先挑選後續進行光譜學觀察的最有可能的對象，然後使用Keck I望遠鏡上的低分辨率成像光譜儀（LRIS）和帕洛瑪雙光譜儀（DBSP）進行此操作。

　　蓋亞繪製銀河系中的星星。

　　圖片來源：ESA / ATG medialab；背景：ESO / S. Brunier

　　這些觀察結果證實，他們確定的12個候選圖像是四重像類星體，有效地將已知愛因斯坦十字架的數量增加了近25％。將來，有更多的多重成像引力透鏡效應類星體可供研究，將為天文學家提供更多檢測重要宇宙學參數的機會。

　　其中包括宇宙當前的膨脹速度（這可能揭示暗能量的作用）以及前景星系中暗物質的分佈。加利福尼亞大學歐文分校以及里斯本大學天體物理學和引力中心的天文學家兼信息學講師Alberto Krone-Martins解釋説：

　　“類星體是本質上可變的天體，並且由於每個透鏡圖像中的光都穿過了宇宙中的不同路徑，因此類星體光的波動會在不同的時間出現在這些圖像中。藉此可能估算出哈勃-勒梅特常數。”

　　“基於廣義相對論和星系中物質的分佈，我們可以預測引力透鏡效應類星體的圖像應該在哪裏。我們預測的結果與觀測結果之間的差異會告訴我們有關不同暗物質模型特性的一些信息。”

　　一個研究組使用引力透鏡技術，觀察小塊暗物質對來自遙遠類星體的光的影響。

　　Credit：NASA / ESA / D.Player（STScI）

　　此類測量需要繼續推進當前正在進行的光學無線電和X射線波段的觀測。GraL工作小組預計，即將發佈的蓋亞數據版本，如2020年12月3日的早期數據版本3（EDR3），將幫助人類發現更多的愛因斯坦十字架。正如Ducourant所説：

　　“在最終數據發佈後，我們希望蓋亞能夠發現更多的此類光源。蓋亞以及機器學習，空間和地面觀測之間的協作，使我們在尋找這些獨特天體方面變得越來越有效。”

　　他們的發現最近已在網上發表，並已被The Astrophysical Journal接受發表。

『天文時刻』 牧夫出品

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