詹姆斯·韦伯太空望远镜在爱因斯坦引力透镜的帮助下“看到三倍”

据美国太空网（By Robert Lea）：詹姆斯·韦伯太空望远镜的一张令人惊叹的新图像显示，一个超新星所在的星系在不同的时间点出现不是一次，也不是两次，而是三次。

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)拍摄的这张看似不受时间限制的图像之所以成为可能，要归功于前景星系团的巨大引力影响，以及阿尔伯特·爱因斯坦在一个世纪前预测的一种称为“引力透镜”的光线弯曲现象

在他的广义相对论中，爱因斯坦预言质量扭曲了空间和时间的结构，或者说“时空”。这类似于将一个球放在拉伸的橡胶板上，球在橡胶板上造成凹痕。球的质量越大，引起的翘曲程度就越大。在时空的情况下也是如此，恒星比行星造成更大的“扭曲”，星系比恒星造成更大的空间扭曲。

当光从背景物体穿过质量物体时，这种扭曲会影响光的通过。在极端情况下，因为光在到达我们的途中可以从背景透镜物体绕过透镜物体采取不同的路径，所以它可以导致背景物体被放大，甚至出现在天空中的多个点上。这意味着这种现象，“引力透镜”已经成为天文学家研究非常遥远的物体的有力工具。

仔细观察詹姆斯·韦伯太空望远镜在不同时间拍摄的同一红色星系的三个实例。(Image credit: ESA/Webb, NASA & CSA, P. Kelly)

在这张新的JWST影像中，透镜物体是银河星团RX J2129，位于宝瓶座，距离我们大约32亿光年。RX J2129正在使一个背景红色的超新星宿主星系复制它。

超新星爆发是由天文学家使用哈勃太空望远镜发现的，是一颗Ia型超新星，编号为2022riv。由于它们的光线非常均匀，天文学家通常将它们称为“标准蜡烛”。这种一致性意味着Ia型超新星实际上可以用作测量宇宙距离的工具，因为在相同的距离上，它们看起来完全一样。

作为一个引力透镜，RX J2129已经创建了这个星系的三个图像，它们的大小、位置甚至年龄都不相同，因为来自背景星系的光采取不同的路径，从而到达JWST的时间也不同。

这张由詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的未加注释的图像显示了一个被许多较小的类似星系环绕的大型椭圆星系，包括星系团RX J2129和右上角的星系。(Image credit: ESA/Webb, NASA & CSA, P. Kelly)

沿着最长路径的光显示了背景星系最古老的时代，当时它的超新星仍在发生。第二长路径的下一张图片显示了320天后的星系，第一张图片显示了1000天后最短路径的最后一张图片。在后面的两张图片中，2022riv的超新星已经从视野中消失了。

在图像的右上角还出现了几个背景物体，由于引力透镜的扭曲效应，它们看起来像是同心的光弧。

JWST使用其近红外相机(NIRSpec)进行了观测，该相机能够测量AT 2022riv的亮度，这是一颗非常遥远的早期超新星。强大的太空望远镜还对事件产生的光进行了光谱分析，这应该可以将这颗遥远的超新星与本地宇宙中最近出现的Ia型超新星进行比较。

这种比较可以用来测试测量距离时使用这些超新星的准确性，从而验证天文学最有用的工具之一的结果。