罕見宇宙「海市蜃樓」

美國宇航局(NASA)的哈勃空間望遠鏡日前拍到了首個雙愛因斯坦環的圖像，這是由艾伯特·愛因斯坦在廣義相對論中預測的一種極端罕見的宇宙「海市蜃樓」。

據美國《科學》雜誌在線報道，從地球的角度觀測，3個星系——分別距離地球20億光年、60億光年和110億光年——像排隊一樣依次前後排列。來自最遠星系的光線因為前面星系的引力而產生彎曲，從而最終形成了兩個嵌套著的環。如果能夠找到更多的雙愛因斯坦環，將為研究宇宙擴張速度的變化提供重要線索。

美國加利福尼亞州立大學的天體物理學家托馬索·特伊尤指出：「3個星系完美地排成一線，這是非常罕見的天文現象。」他強調，此項最新天文觀測不僅發現了罕見的星系排列，同時讓天文學家更進一步瞭解了暗物質和暗能量。通過觀測重力場彎曲後方星系的光線，天文學家通過雙愛因斯坦環計算出了3個星系中離地球最近星系分佈著多少暗物質。

天文學家在1月10日召開的美國天文學會年會上首次公佈了這一研究成果。

引力透鏡現象

沙漠中有種被稱為「海市蜃樓」的奇異現象，這其實是一種罕見的由於光的折射而產生的幻影。但是你可知道，在茫茫的宇宙中也存在著類似沙漠「海市蜃樓」的現象。由於這種現象同光學透鏡的原理相似，所以天文學家形象的將它稱之為：引力透鏡。

引力透鏡究竟是怎樣一種現象呢？要回答這個問題首先得從70年代末英美天文學家對一對雙類星體的觀測研究說起。1979年3月，由英美天文學家組成的小組使用美國亞利桑那州基特峰國立天文台的2.1米光學望遠鏡觀測到0957+561A和0957+561B這對類星體靠的很近，它們相距僅僅大約22萬光年（相對於它們與地球的距離105億光年，22萬光年只是一個極小的空間尺度）。令天文學家感到奇怪的是這對雙類星體的光譜非常相似，紅移量均為1.405，射電流量密度也很近似，而且都以20萬公里/秒的速度遠離地球而去。於是天文學家產生了這樣的疑問：既然兩類星體有如此多的相似之處，相距又這麼近，那麼它們會不會就是同一個天體產生的幻影呢？經過研究，他們提出這對雙類星體實際上是50億光年之外的一個類星體的兩個像點。這兩個像點產生的原因在於靠近這對雙類星體的地方有一個昏暗的星系，是它的引力場將這個類星體發出的光折射、分離和擴大的結果。這就是人類發現的第一個引力透鏡實例。

引力透鏡現象

其實早在1915年愛因斯坦就從理論上預言了引力透鏡的存在。他在廣義相對論中作出了如下推斷：當一束光線經過一個有相當質量的物體近旁時，它將受到引力的作用而發生偏折。這種能改變光線軌跡的萬有引力場正是我們所說的引力透鏡。隨後在1935年，愛因斯坦又就引力透鏡問題專門撰文。他指出一顆恆星B的類透鏡作用可能導致在它後面且與之排成一行的另一恆星A發出的光在B恆星周圍形成一個光環。愛因斯坦的這一思想為後人的研究奠定了基礎。本文開頭所敘述的那對孿生類星體引力透鏡正是天文學家借鑒了愛因斯坦這一思想而的出的判斷。

引力透鏡現象

自1979年的首例引力透鏡發現之後，天文學家又發現了三重類星體現象。推測也可能是由於行星引力透鏡作用的緣故。1984年在美國新墨西哥州，一位天文學家利用包含27個拋物面天線的射電望遠鏡巨陣對已發現的大約1000個射電源進行了高速攝影觀測。經過分析研究，證明其中一些射電源是雙像點，它們很可能是引力透鏡作用的結果。其後在1987年，美國、法國的兩個研究小組分別在A370和C12244—02兩個星系團中發現了各自呈弧狀擴展的天體。後來的分析結果確認它們是由引力透鏡作用所形成的其它星系呈弧狀擴展的幻影。近年來還有人發現了宇宙中遙遠星系的橢圓型光環，據分析研究認為這可能也是引力透鏡形成的一種星系幻影，既類似愛因斯坦曾指出的那種光環。

引力透鏡現象

儘管不斷有引力透鏡的新實例被發現，但是探索引力透鏡的道路依然是艱難曲折的。因為人們目前仍無法對引力透鏡獲得一個全面、深入的理解。舉個例子來說，有關引力透鏡的成像問題現在就還處於摸索階段。天文學家現在無法解釋星系和星系團的單獨效應怎樣確定引力透鏡系統的空間幾何結構。此外，美國麻省理工學院的一個研究小組根據對新墨西哥州射電天線巨陣所收信息編繪的射電圖像的分析，發現從雙類星體之一拋射出兩股只發射無線電波而不發光的物質流，這是引力透鏡無法解釋的。而且1987年，人們又發現一對雙類星體像的分叉角度為157角秒。這就意味著為使光線偏轉157角秒，該透鏡星系必須要有上千個星系的巨大質量，因為在此之前的雙類星體分叉角度沒有一個超過7角秒的。然而到目前為止還觀察不到這個透鏡星系，在透鏡星系理應存在的地方人們卻看不見任何東西，這無疑是個挑戰！因為在地球和類星體之間是藏不住任何有相當質量的星系的。雖然後來有人推測可能是黑洞充當了這個引力透鏡角色，然而天文學家卻很難解釋如此巨大的黑洞是如何形成的，而探尋黑洞在實驗上依然是一個遙遠的夢。

引力透鏡現象

雖然引力透鏡還面臨著重重困難，並且就其發展而言也還僅僅處於萌芽階段，但是其研究的誘人前景卻已經令天文學家們激動不已了。

正像在利用了引力透鏡發現分叉角度為157角秒的雙類星體像後美國天體物理學家勞侖斯所說的：「這是我們到目前為止在那個距離上所見到的光線最弱的天體，引力透鏡幫助我們看到了我們自己無法見到的東西！」

由此可見，引力透鏡為人們提供了探索宇宙結構的重要線索。它的作用就好像為人們提供了一面探索宇宙的放大鏡，通過它人們將能深入瞭解宇宙深處的奧秘，揭開更多的宇宙疑團。