宇宙尺度的海市蜃楼——引力透镜_风闻

在上个世纪中期开展的一些早期巡天观测项目中，天文学家通过长时间曝光，拍摄了一些深空照片。拍摄这些照片的主要目的，是为了尽可能多的捕获来自遥远宇宙中天体的微弱辐射，以期发现新的小行星或者变星。

很快研究者就发现图像中一些星系群的周围有不同寻常的光弧。虽然当时的天文学家对此现象很好奇，但在不明白原因之前最明智的做法是不对这些光弧作出解释。

直到上世纪八十年代中期，随着更大更好的地面望远镜以及空间望远镜投入使用，获得了更高解析度的照片后，天文学家才确切分析出这些光弧产生的原理。

引力透镜的原理

这是一种新发现的天文学现象，它是整个星系团拥有的庞大质量造成的引力透镜效应，使得星系团背后的星系发出的光被扭曲、折射出这样的光弧，原理如同海市蜃楼。

根据广义相对论，当背景光源发出的光在通过引力场（比如星系、星系团及黑洞）附近时，光线会像通过透镜一样发生弯曲，弯曲的程度主要取决于引力场的强弱。

星系团Abell 370

图片来源：NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team & ST-ECF

阿贝尔370是距离地球60亿光年的星系团，在它的核心有数百个星系。2009年哈勃望远镜升级完成后，对阿贝尔370星系团展开观测，获得了这张空前清晰的包含引力透镜的影像。

模拟出的引力透镜效应

巨大的引力扭曲了空间，造成背景星系发出的光及其他辐射沿着多重路径传向观测者，就像透过酒杯观看远方的光斑。如今我们知道这些光弧中包含有背景星系的双重扭曲成像。

图片中几乎所有的泛黄天体都是阿贝尔370星系团的成员星系。仔细观察可辨识出怪异的光弧和扭曲的小弧，它们都是更遥远星系的身影。通过对阿贝尔370影像的分析，让天文学家透过一个独特的视野，考察星系团和宇宙中的物质及暗物质的分布信息。

天文学家首先利用这个引力透镜效应发现了距离地球128亿光年的星系HCM-6A，那是当时已知最遥远的星系。后来在又证实照片右上方那条龙型弧状发光天体，实际上是一个背景星系群，由多个星系构成，它们的光线有所重叠，这些星系的距离大约比成为透镜的阿贝尔370星系群远了10亿光年。

引力透镜LRG 3-757 图片来源：ESA/Hubble

上图中，一个发光的红色星系(LRG)的引力扭曲了来自更遥远的蓝色星系的光。由于这个引力镜头的“光轴”与我们对齐的非常精确，背景星系被扭曲成几乎是一个完整的圆环。通过这个引力透镜现象，天文学家能够确定作为透镜的前景星系的质量和暗物质的含量。

引力透镜效应造成的爱因斯坦十字

上图是哈勃望远镜的微弱天体照相机拍摄到的重力透镜G2237+0305的图像，也被称为爱因斯坦十字。照片显示了一个非常遥远的类星体的四次成像，是由一个相对较近的星系作为引力透镜多次成像产生的。

观察者：@酆都御史 | 公众号：大好山水中人 | 头条号：心系宇宙天地宽