光線在經過引力透鏡時被偏折成了兩個對稱的影象

【作者：黃姤】

這是一張由哈勃太空望遠鏡拍攝的宇宙景象圖片，圖片中有兩個神秘之處：

·第一個神秘之處：圖中的每個亮點代表的是宇宙中的各類星系，1個亮點等於1個星系，這些星系有大有小，形狀各異、

·第二個神秘之處：圖中有1個看起來非常奇怪的圖案，從照片上看這個星系的輪廓類似於一個矩形，這與我們平常看到的星系有很大的不同、

第一個神秘之處就不足為奇了，因為對天文學有了解的人都知道，但是對天文學不瞭解的人就是一個誤區，總以為一個發光的亮點就是一顆恆星。然而第二個神秘之處就令很多人包括天文學家都摸不著頭腦，因為圖片中可以明顯看到一個清晰的矩形圖案，這個圖案不但具有線條的紋路和類似矩形的輪廓，還有著看似是映象的結構以及是一個一分為二的分身天體。

天文學史上從來沒有發現過有矩形的星系，根據「哈勃序列」對星系的分類，宇宙中的星系一共分為5種類型，分別是：橢圓星系、旋渦星系、棒旋星系、透鏡狀星系和不規則星系。

·那麼宇宙中到底存不存在矩形星系呢？

·假如宇宙中並不存在矩形星系，那麼圖片中的神秘圖案又是什麼呢？

圖解：星系型別

廣義相對論·引力透鏡效應

透過對比圖中所標註的對應點可以看出這兩個圖案有匹配的對稱性，這一點彷彿在暗示著這兩個圖案就是一個天體被映象後的結果，恰恰位於矩形圖案的上方，就存在著一個一模一樣的天體，上方的天體除了映象被拉長了之外，還有著和映象相同的特性。這點就與愛因斯坦大神的理論——「引力透鏡效應」非常相符。

所謂的「引力透鏡效應」就是當光經過具有巨大引力的天體周圍時，光會與透過凸鏡一樣發生彎曲。

1915年，物理學家愛因斯坦在他的論文中第一次提及到了這個有關引力的理論，他在論文中是這樣描述「引力透鏡效應」的：

引力其實只是時空被彎曲後的表象，引力實質是時空的彎曲，因此在時空的彎曲下就會存在一個奇怪的效應，光在這個彎曲的時空中也會跟著彎曲。

愛因斯坦的——「引力透鏡效應」理論是正確的，這一點就不用懷疑了，因為英國的物理學家愛丁頓在1919年的時候就已經用實際的觀測資料來證明了這個理論，光在經過大質量天體時確實會發生彎曲，所以在光線會發生彎曲的效應基礎上萌發了「引力透鏡成像」的概念。

「當一個距離遙遠的天體也就是背景天體所發出的光在經過質量巨大的天體也就是前景天體時，背景天體所發出的光會被前景天體造成的時空彎曲從而光也跟著發生彎曲的現象，彎曲的最終結果會導致光線變大而且呈現扭曲的形態。」

舉例說明：

哈哈鏡有很多種，其中有一種是凸鏡，當我們站在凸鏡面前照鏡時，呈現出來的人像是一個被放大的身軀和一種扭曲的形態。

雖然引力透鏡成像確實存在，但還不能解答圖案中的神秘天體，因為找不到充當透鏡的前景天體

引力透鏡是一個天體發出的光經過另一個天體之後，導致光發生了扭曲，而這個扭曲的像就是我們所看到的影象，因此引力透鏡成像需要具備三個條件：

條件一、要有一個發光的背景天體，也就是成像的天體。

條件二、要有一個造成時空彎曲的前景天體，也就是充當透鏡的天體。

條件三、一個可以被我們觀測到的成像天體，也就是背景天體發出的光經過被前景天體所造成的彎曲時空後所成像的圖案。

當同時滿足了以上三個條件，觀測者看到的引力透鏡成像往往都是背景天體和前景天體的疊加組合天體。

舉例說明一：

1988年，美國天文學家休伊特發現了第一個較為完整的「愛因斯坦環」，這個疊加組合的天體被命名為·MG1131+0456；「愛因斯坦環」中間發光的亮點就是充當透鏡的前景天體，而周邊的光環就是背景天體發出的光經過前景天體的時空後光被時空扭曲了，因此我們看到的影象是一個光圈圍繞著一個亮點。事實上，中間的亮點是一顆類星體，背景天體發出的光被這顆類星體的扭曲時空引力透鏡成像了。

舉例說明二：

1980年，天文學家韋曼在飛馬座發現了「愛因斯坦十字架」。事實上背景天體是一顆距離地球80億光年的類星體·QSO 2237+0305，這顆類星體所發出的光經過一個編號為·ZW2237+030的前景星系，這個距離地球只有4光年的星系的彎曲時空把類星體照射過來的光扭曲了，最終成像為一個四重影的影象，就是這個星系上、下、左、右四個方向都有這個類星體的映象。

充當透鏡的前景天體是什麼？

既然引力透鏡成像後是背景天體和前景天體的疊加組合天體，圖片中的矩形圖案是成像後的影象，那麼充當透鏡的前景天體為什麼看不到呢？

矩形圖案又是如何形成的？

凱克天文臺分別測算了矩形圖案和背景天體的距離、光譜和紅移值，透過對比二者的各項資料後發現它們的紅移值和光譜都表明它們是同一個天體，既然矩形圖案是由引力透鏡所成像的，為什麼作為前景的透鏡天體卻沒有被成像顯示出來，前景天體無疑就是一個隱形的存在，而宇宙中恰恰就存在著這樣的一種物質——暗物質。

圖解：暗物質模擬圖

雖然暗物質是一種無法看見的物質，但是能夠透過引力來感知它的存在，既然暗物質存在引力，因此也表明了暗物質也能夠產生引力透鏡。

為了找到這個前景天體天文學家仔細地檢視「基隆巡天」的資料，「基隆巡天」是一個繪製宇宙圖的專案，查看了這張宇宙圖後驚訝地發現在矩形圖案和背景天體的中間區域存在著一個被暗物質包圍著的星系，這是一個從未被編錄的星系，這個星系距離地球約70億光年，是一個由引力聚集在一起的大批星系組合而成，由於它被一大團暗物質包圍著，導致它的亮度很暗很難被觀測到。

經過復原這個星系是一個扁平狀的螺旋星系，至此引力透鏡成像需要具備的三個條件就全有了。背景天體就是上方的天體，前景天體就是這個從未被編錄的星系，矩形圖案就是成像後的影象。

黃姤結語——N次超新星爆發

引力透鏡是一個非常奇怪的景象，例如「愛因斯坦環」被一個光圈包圍著，「愛因斯坦十字架」是一個四重影的影象，上、下、左、右四個方向都有類星體的映象，矩形圖案則是一個被從未被編錄的星系映象。由於光透過引力透鏡的時候會沿著不同的路徑傳播，而每一條路徑都會花費不同的時間。假如某一天我們看到了超新星爆發，剛好超新星爆發所發出的光經過某個星系的引力場，光被放大和扭曲後，或許會成像出很多個影象和爆發的全過程，到時候我們就能夠看到N次超新星爆發的景象，而爆發的全過程會對天文學家瞭解超新星有很大的幫助。