最遥远的引力透镜

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  引力的奇观
  当遥远的星光射向我们的时候,假若有一个东西在它与我们之间,这个东西就会挡住星光,我们就什么也看不见。然而,这种简单的逻辑却在遭受着挑战。相对论告诉我们,中间的物体不仅不会遮挡住星光,反而会让星光更加明亮,中间的物体具有强大的引力,能把星光弯曲并呈现在我们面前,就像是一个放大镜那样,这就是引力透镜现象。
  现在,已经发现了很多引力透镜现象,它让我们看到了宇宙深处的神奇景观,这让天文学家大开眼界,有利于研究最遥远宇宙深处的情况。
  2013年10月,国际天文学家团体发现了一个最遥远的引力透镜,当然,这不是一个物体与一个发光的星球那么简单,它们都具有极大的质量,跟我们的地球处于同一条直线上,中间起到透镜作用的是一个巨大的星系,具有强大的引力,远处被放大的目标是一个年轻的星系,它们处在同一条直线上,这需要极高的精准度,必须在一条直线上,于是,这个引力透镜出现了极为罕见的景观,远处的年轻星系呈现出一个圆环,被称为爱因斯坦环。
  一般的引力透镜不可能完全在一条直线上,因而会出现各种各样的景观,远处的目标天体通常都是一段段的圆弧,或者是两个虚像,也有可能是四个虚像,但是这个目标天体被弯曲成为一个圆环,镶嵌在透镜天体的周边,这是极其罕见的引力透镜现象。
  这个引力透镜名为J1000+0221,发现的过程充满了曲折。它的发现者是一个德国人,他在检查一些照片的时候,发现这个星系有些不同寻常,很明显,它不是那种典型的旋涡星系,而是一个不规则星系。但是,各种特性却显示,它年轻得很,也就是说,它可能处于遥远的地方,那里是宇宙的边缘,星体正在诞生,所以它才显得年轻。
  发现者比较了其他大型望远镜拍摄的照片之后,开始怀疑这是引力透镜造成的效应。在作了进一步的分析之后,结果就很清晰了:遥远的背景星系和透镜星系就在一条直线上,这是一个完美的爱因斯坦环。于是,J1000+0221就成为了当前已经知道的最遥远的引力透镜。
  飞跑的运动员
  宇宙是从大爆炸中来的,大爆炸的碎片在飞速扩散,飞到最前面的就是宇宙的边缘,在边缘的星体我们看不到,但是,通过引力透镜,我们就看到了宇宙边缘的景观。
  那里究竟有多远?“距离”这个词汇已经没有意义,就如同一个飞快奔跑着离开我们的运动员,在我们说“他距离我们有多远”这句话的时候,他又跑出了一段距离。所以我们在说“他距离我们有多远”时,还要加上速度这个概念。在我们谈“大尺度的宇宙”这个问题的时候,也是这样,使用距离已经不合适,因为它们也在飞速扩散。
  离我们而去的天体发出的光线的光谱会发生变化,光谱会向红光方向移动,这就是红移,观测红移得出的红移值,就可以知道天体距离我们有多远,“红移值”这个词集合了距离和速度这两个概念,也因而知道了它飞跑的速度。
  利用这一点就可以知道J1000+0221距离我们有多远。在这个引力透镜中,透镜天体的红移是1.53,距离我们有92亿光年远,也就是说,光须要走92亿年才能来到我们这里。目标天体当然更遥远,它的红移值是3.417,相当于119亿光年,那里是宇宙的尽头。由此可以知道,遥远目标天体的光经过透镜天体的放大,又走了92亿年的路程,才来到我们地球。目标天体就相当于飞跑的运动员,在宇宙的边缘,还在进一步往外跑。
  引力透镜是一杆秤
  1979年,天文学家首次发现了引力透镜现象,到现在已经发现了很多,它们不仅让我们看到了遥远之处的景观,还有着更重要的作用——它们可以当成一杆秤,用来测量天体的质量。
  透镜天体能够把光线弯曲,从光线弯曲的程度,就可以大概知道透镜天体的质量,如果它产生的虚像是分散的,那么从分散的程度也可以估计出透镜天体的质量。另外,宇宙中还存在着看不见的暗物质,虽然看不见,但是它会导致周围空间的弯曲,造成引力透镜现象,所以,引力透镜也是寻找暗物质的一种途径。当然,在找到暗物质的时候,也能从光线的弯曲程度计算出暗物质的质量。
  编辑/王一鸣
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