最遥远的引力透镜

天枢

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endprint