“世界那么大,我想去看看。”可是宇宙那么大,我看都看不清。距离是天文学家最大的梦魇。绝大多数情况下,天体距离越远,看起来越小,亮度也越弱。不过,有时候,大自然会为我们创造出一台特殊的望远镜,将远处的天体增亮,甚至放大,这种神奇的望远镜就叫“引力透镜效应”。
引力透镜效应示意图。本案例中 eMACSJ1341.9–2442(约62亿光年)为中间起到透镜效应的星系团 eMACSJ1341-QG-1(约97亿光年)为远方被放大的星系。(来源:NASA, ESA, L. Calcada,注释:水兄)
引力透镜效应是由爱因斯坦广义相对论推导而出的时空弯曲现象。大质量的天体会扭曲周围的时候,从更远的地方传递过来的光线在经过这个大质量天体附近时,会非常自然地沿着弯曲的时空继续前行,于是地球上的我们就有机会看到远处的天体被分解成若干个像。你会发现,光线的前进路线像极了凸透镜,而事实上,这个大质量天体确实可以起到凸透镜的作用,像一架望远镜一样将远处的天体放得更大,变得更亮。
被透镜天体扭曲的星系eMACSJ1341-QG-1的像。左上角红框表示如果没有引力透镜效应直接观测可能的效果。(来源:Harald Ebeling/UH IfA)
图片中用黄线勾勒出来的星系叫eMACSJ1341-QG-1,距离我们约97亿光年(红移值z=1.594)。在它与我们之间,距离大约62亿光年(红移值约z=0.853)的地方出现了一个大质量星系团 eMACSJ1341.9–2442,后者充当了一个凸透镜的角色,将前者远道而来的光给掰弯了,从而形成了一个像蛇一样S形,同时,强大的引力透镜效应将其亮度放大了约30倍。有意思的是,从大自然赐予我们的这个图像来看,eMACSJ1341-QG-1显得静悄悄的。要知道,它刚刚诞生的时候宇宙大约40亿岁,还算比较年轻的,按理说那段时间应该是大量恒星形成的时候,但是我们现在却看不到明显的活动。不管怎样,它为我们提供了关于星系演化过程的关键线索。我们要感谢大自然的奇妙组合,要是没有那个超级望远镜,我们是很难发现一个“安静的美男子”的。
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