最遙遠(yuǎn)的引力透鏡

天樞

引力的奇觀

當(dāng)遙遠(yuǎn)的星光射向我們的時候，假若有一個東西在它與我們之間，這個東西就會擋住星光，我們就什么也看不見。然而，這種簡單的邏輯卻在遭受著挑戰(zhàn)。相對論告訴我們，中間的物體不僅不會遮擋住星光，反而會讓星光更加明亮，中間的物體具有強(qiáng)大的引力，能把星光彎曲并呈現(xiàn)在我們面前，就像是一個放大鏡那樣，這就是引力透鏡現(xiàn)象。

現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多引力透鏡現(xiàn)象，它讓我們看到了宇宙深處的神奇景觀，這讓天文學(xué)家大開眼界，有利于研究最遙遠(yuǎn)宇宙深處的情況。

2013年10月，國際天文學(xué)家團(tuán)體發(fā)現(xiàn)了一個最遙遠(yuǎn)的引力透鏡，當(dāng)然，這不是一個物體與一個發(fā)光的星球那么簡單，它們都具有極大的質(zhì)量，跟我們的地球處于同一條直線上，中間起到透鏡作用的是一個巨大的星系，具有強(qiáng)大的引力，遠(yuǎn)處被放大的目標(biāo)是一個年輕的星系，它們處在同一條直線上，這需要極高的精準(zhǔn)度，必須在一條直線上，于是，這個引力透鏡出現(xiàn)了極為罕見的景觀，遠(yuǎn)處的年輕星系呈現(xiàn)出一個圓環(huán)，被稱為愛因斯坦環(huán)。

一般的引力透鏡不可能完全在一條直線上，因而會出現(xiàn)各種各樣的景觀，遠(yuǎn)處的目標(biāo)天體通常都是一段段的圓弧，或者是兩個虛像，也有可能是四個虛像，但是這個目標(biāo)天體被彎曲成為一個圓環(huán)，鑲嵌在透鏡天體的周邊，這是極其罕見的引力透鏡現(xiàn)象。

這個引力透鏡名為J1000+0221，發(fā)現(xiàn)的過程充滿了曲折。它的發(fā)現(xiàn)者是一個德國人，他在檢查一些照片的時候，發(fā)現(xiàn)這個星系有些不同尋常，很明顯，它不是那種典型的旋渦星系，而是一個不規(guī)則星系。但是，各種特性卻顯示，它年輕得很，也就是說，它可能處于遙遠(yuǎn)的地方，那里是宇宙的邊緣，星體正在誕生，所以它才顯得年輕。

發(fā)現(xiàn)者比較了其他大型望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片之后，開始懷疑這是引力透鏡造成的效應(yīng)。在作了進(jìn)一步的分析之后，結(jié)果就很清晰了：遙遠(yuǎn)的背景星系和透鏡星系就在一條直線上，這是一個完美的愛因斯坦環(huán)。于是，J1000+0221就成為了當(dāng)前已經(jīng)知道的最遙遠(yuǎn)的引力透鏡。

飛跑的運動員

宇宙是從大爆炸中來的，大爆炸的碎片在飛速擴(kuò)散，飛到最前面的就是宇宙的邊緣，在邊緣的星體我們看不到，但是，通過引力透鏡，我們就看到了宇宙邊緣的景觀。

那里究竟有多遠(yuǎn)？“距離”這個詞匯已經(jīng)沒有意義，就如同一個飛快奔跑著離開我們的運動員，在我們說“他距離我們有多遠(yuǎn)”這句話的時候，他又跑出了一段距離。所以我們在說“他距離我們有多遠(yuǎn)”時，還要加上速度這個概念。在我們談“大尺度的宇宙”這個問題的時候，也是這樣，使用距離已經(jīng)不合適，因為它們也在飛速擴(kuò)散。

離我們而去的天體發(fā)出的光線的光譜會發(fā)生變化，光譜會向紅光方向移動，這就是紅移，觀測紅移得出的紅移值，就可以知道天體距離我們有多遠(yuǎn)，“紅移值”這個詞集合了距離和速度這兩個概念，也因而知道了它飛跑的速度。

利用這一點就可以知道J1000+0221距離我們有多遠(yuǎn)。在這個引力透鏡中，透鏡天體的紅移是1.53，距離我們有92億光年遠(yuǎn)，也就是說，光須要走92億年才能來到我們這里。目標(biāo)天體當(dāng)然更遙遠(yuǎn)，它的紅移值是3.417，相當(dāng)于119億光年，那里是宇宙的盡頭。由此可以知道，遙遠(yuǎn)目標(biāo)天體的光經(jīng)過透鏡天體的放大，又走了92億年的路程，才來到我們地球。目標(biāo)天體就相當(dāng)于飛跑的運動員，在宇宙的邊緣，還在進(jìn)一步往外跑。

引力透鏡是一桿秤

1979年，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了引力透鏡現(xiàn)象，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多，它們不僅讓我們看到了遙遠(yuǎn)之處的景觀，還有著更重要的作用——它們可以當(dāng)成一桿秤，用來測量天體的質(zhì)量。

透鏡天體能夠把光線彎曲，從光線彎曲的程度，就可以大概知道透鏡天體的質(zhì)量，如果它產(chǎn)生的虛像是分散的，那么從分散的程度也可以估計出透鏡天體的質(zhì)量。另外，宇宙中還存在著看不見的暗物質(zhì)，雖然看不見，但是它會導(dǎo)致周圍空間的彎曲，造成引力透鏡現(xiàn)象，所以，引力透鏡也是尋找暗物質(zhì)的一種途徑。當(dāng)然，在找到暗物質(zhì)的時候，也能從光線的彎曲程度計算出暗物質(zhì)的質(zhì)量。

編輯/王一鳴endprint