宇宙之声，惊起涟漪，所见天体是真是假？

引力透镜，宇宙涟漪，有何奥秘？

与暗物质有关。

这张哈勃望远镜的快照显示了三个放大的嵌入星系团的遥远星系的像。这些现象是自然的一种“把戏”——引力透镜造成的。星系团巨大的引力放大并扭曲了后方遥远星系发出的光，创造了这些像。其中右下角拉出的两个像完美复制了对方。这两个明亮的椭圆是星系核。这个罕见的现象发生是因为背景星系跨越了空间结构中的涟漪。由于大量暗物质产生的巨大引力，这些“涟漪”是引力透镜放大倍率最高的区域。（图源：约瑟夫·德帕斯夸莱（太空望远镜科研所））

天文学家们相信，他们最终解开了哈勃空间望远镜数十年前首次发现的一个谜团。

困境集中在一个奇怪的“双星系”上，人们曾经无法解释这对条纹天体的成因。现在科学家认为，这实际上是一个遥远的星系而非两个天体，由于宇宙空间中的涟漪放大和扭曲了它的“像”，最终呈现出两个天体的样子。

离地球将近110亿光年的这对天体看起来就像它们中另一半的镜像。2013年，科学家们第一次看到它们时就立刻怀疑，这是一种“引力透镜”现象——当遥远的天体发出的光线被该物体和观察者之间的物质的引力扭曲时发生的奇观，就像透过鱼缸看物体一样。

这解释了这种现象是如何产生的，但没有挖掘其背后的成因和本质。哈勃望远镜在工作期间已经捕捉到了许多引力透镜天体，而这对天体像的产生原因不止是简单的光线弯曲。引力透镜效应在一定程度上不但放大了星系，同时也复制了它，创造出两个明亮的像，以及在图像中也可以看到的第三份副本。

经过多年的思考，天文学家终于找到了问题的“罪魁祸首”：一个巨大的、未编目的星系团位于哈勃望远镜和该天体之间，它距离地球约 70 亿光年。 此外，被透镜影响的星系恰好位于一种空间涟漪上。暗物质——构成宇宙物质中的85%的神秘物质，它的引力引起了这些涟漪。

研究者认为，当远处星系的光线沿着这个涟漪穿过了位于其前方的星团时，还会产生一个额外的像。

“想象在一个晴朗的日子里，透过游泳池里波光粼粼的水面，可以看到池底的闪闪发光的图案。”美国夏威夷大学希洛分校的天文学家理查德·格里菲斯在他主著的一份声明中这样说。

“池底的这些明亮图案的成因与引力透镜效应相似，”格里菲斯补充道，“水面上的涟漪充当了一部分透镜，它将阳光聚焦到池底，形成明亮的波浪状图案。”

研究团队的成员们说，“涟漪”可以帮助天文学家们更好地理解暗物质在宇宙中的分布。比如，通过比较哈勃望远镜拍摄到的受引力透镜效应影响的空间照片和同一区域的电脑模型，研究人员确定，暗物质可能不是块状的，而是平均地散布开的。

“幸运的是，我们只需要两张镜像对比照片就可以了解暗物质在这些位置是否是结块的。” 该研究的合著者、德国海德堡大学的天文学家珍妮·瓦格纳在同一份声明中说。

该研究发表在《皇家天文学会月刊》杂志的九月刊上。

相关知识

在宇宙学中，暗物质是指不与电磁力产生作用的物质，也就是不会吸收、反射或发出光。人们目前只能透过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。 现代天文学经由引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。

引力透镜效应，根据广义相对论，就是当背景光源发出的光在引力场附近经过时，光线会像通过透镜一样发生弯曲。光线弯曲的程度主要取决于引力场的强弱。分析背景光源的扭曲，可以帮助研究中间作为“透镜”的引力场的性质。根据尺度与效果的不同，引力透镜效应可以分为强引力透镜效应和弱引力透镜效应。

BY: Rahul Rao (published October 19, 2021)

FY: Ludwig_XU

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