最近，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在距地球34億光年的地方捕捉到了一個(gè)罕見的由同一個(gè)類星體被扭曲的光形成的“愛因斯坦環(huán)”，他揭示了宇宙的秘密。
當(dāng)科學(xué)家們開始通過望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)設(shè)備，去觀察宇宙的時(shí)候，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，宇宙看似“一盤散沙”，事實(shí)上卻是一個(gè)非常有序的整體，引力維持著宇宙的穩(wěn)定，盡管這看起來非常的奇怪，但事實(shí)上卻的確如此。
早在1915年，著名物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦就聲稱引力是大質(zhì)量物體扭曲宇宙結(jié)構(gòu)的結(jié)果，他稱之為時(shí)空。
最近，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在距離地球34億光年的地方捕捉到了一個(gè)驚人的“愛因斯坦環(huán)”。
事實(shí)上，愛因斯坦環(huán)是由同一個(gè)類星體被扭曲的光形成的。
愛因斯坦口中的時(shí)空？
時(shí)間和空間的本質(zhì)是什么？對(duì)于人類來說，它實(shí)際上是時(shí)間和空間的結(jié)合。
當(dāng)然，時(shí)間和空間的概念一般是并存的。如果沒有空間，時(shí)間就沒有意義，如果沒有時(shí)間，空間就沒有意義。
在愛因斯坦的廣義相對(duì)論中，早已預(yù)言了大質(zhì)量物體扭曲宇宙結(jié)構(gòu)的方式，即“時(shí)空扭曲”現(xiàn)象。
因?yàn)閻垡蛩固拱l(fā)現(xiàn)引力不是由無形的力產(chǎn)生的，他只是我們?cè)谖镔|(zhì)和能量的存在下彎曲和扭曲時(shí)間和空間的經(jīng)驗(yàn)而已。
這種現(xiàn)象在物理學(xué)中充滿了各種爭(zhēng)議，但隨著人類對(duì)宇宙探索的越來越深，我們也發(fā)現(xiàn)時(shí)空扭曲可能是真的存在的。
那究竟什么時(shí)候會(huì)發(fā)生時(shí)空扭曲呢？愛因斯坦認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)有質(zhì)量的物體體積無限接近于0的時(shí)候，它的引力就會(huì)變得無限大，而且這會(huì)導(dǎo)致時(shí)空扭曲的產(chǎn)生，就像黑洞一樣。在一定的范圍內(nèi)，光都沒有辦法逃脫引力的扭曲。
反過來說，這個(gè)彎曲的空間也給能量和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)設(shè)定了一定得規(guī)則。
雖然光線是直線傳播的，但當(dāng)圍繞兩個(gè)巨大星系的空間，在穿過高度彎曲的時(shí)空區(qū)域的光線時(shí)，也是沿曲線傳播，圍繞星系彎曲并展開成光暈。這個(gè)光暈也就是愛因斯坦環(huán)。
愛因斯坦環(huán)
當(dāng)恒星發(fā)出的光在遇到質(zhì)量大的天體時(shí)，光會(huì)重新匯聚，也就是說，我們可以觀察到被天體擋住的恒星。一般情況下，你看到的是一個(gè)環(huán)，而這個(gè)環(huán)就被稱為愛因斯坦環(huán)。
哈佛-史密森天體物理中心的亞當(dāng)博爾頓說：“愛因斯坦環(huán)是宇宙中廣義相對(duì)論最生動(dòng)的示范之一，它為研究宇宙中質(zhì)量最大的星系提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)?！?/p>
愛因斯坦環(huán)是指由于引力透鏡效應(yīng)對(duì)光源發(fā)出的光的影響，使得觀察到的光源的形狀變成環(huán)形的現(xiàn)象。
而這種視錯(cuò)覺是由稱為引力透鏡的彎曲空間造成的。因?yàn)樗举|(zhì)上就相當(dāng)于空間中的一個(gè)巨大的放大鏡，將更遠(yuǎn)的天體發(fā)出的光彎曲放大。
在引力透鏡中，遠(yuǎn)處星系發(fā)出的光可以被一個(gè)位于視線中間的星系扭曲成一個(gè)光弧或幾個(gè)單獨(dú)的圖像。
在兩個(gè)星系完全連接成一條線的時(shí)候，這些光會(huì)形成一個(gè)眼睛狀的圖案，圍繞著前景星系，也就是所謂的愛因斯坦環(huán)。
目前天文學(xué)家已經(jīng)確定了數(shù)百個(gè)所謂的愛因斯坦環(huán)了。因?yàn)榄h(huán)的功能是放大彎曲的光并將光斑重建為原始的彎曲形式，所以它可以增強(qiáng)天文學(xué)家在遙遠(yuǎn)星系中發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)的能力。
此外，由于光彎曲的程度還取決于彎曲它的物體的引力場(chǎng)強(qiáng)度，所以愛因斯坦環(huán)還可以用作宇宙尺度去測(cè)量星系和黑洞的質(zhì)量。
最后這些環(huán)甚至能幫助科學(xué)家通過尋找周圍扭曲的遙遠(yuǎn)光，去發(fā)現(xiàn)那些太暗而無法單獨(dú)看到的物體，例如黑洞或徘徊的系外行星。
這次觀察到的環(huán)
這次產(chǎn)生的愛因斯坦環(huán)是一個(gè)閃亮的，幾乎完美的環(huán)狀物。他展示了六個(gè)光點(diǎn)。在中心匯聚了兩個(gè)帶著金光的點(diǎn)，以及四道光環(huán)纏繞成一圈扭曲的光。
然而，這些亮點(diǎn)其實(shí)是來自三個(gè)星系中的，并不是來自六個(gè)星系，兩個(gè)在環(huán)的中心，第三個(gè)則是遙遠(yuǎn)的類星體，它的光在穿過兩個(gè)前景星系的引力場(chǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生扭曲和放大，所以看起來像是四個(gè)。
因?yàn)檫@兩個(gè)前景星系的質(zhì)量非常大，所以會(huì)在這對(duì)星系到的周圍產(chǎn)生時(shí)空的引力曲率。
任何穿過這個(gè)時(shí)空的光都會(huì)遵循這個(gè)曲率進(jìn)入我們的望遠(yuǎn)鏡，并在模糊和扭曲的條件下進(jìn)入我們的望遠(yuǎn)鏡里。
而這個(gè)類星體發(fā)出的光在穿過兩個(gè)前景星系的引力場(chǎng)時(shí)會(huì)被扭曲和放大，所以使我們能夠看到愛因斯坦環(huán)。
歐洲航天局的一位官員在一份聲明中寫道：“類星體發(fā)出的光由于它們巨大的質(zhì)量而在這對(duì)星系周圍彎曲。更令人難以置信的是，這對(duì)星系被四個(gè)類星體包圍著。而事實(shí)上，一個(gè)類星體遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它們。”
從那時(shí)起，專家們就能在太陽(yáng)系里測(cè)試他的廣義相對(duì)論了，還證明了他的開創(chuàng)性工作是經(jīng)得起推敲的。已經(jīng)觀察到數(shù)百個(gè)愛因斯坦環(huán)可以證明這一點(diǎn)。
引力透鏡效應(yīng)
在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的最新照片中，引力透鏡效應(yīng)得到了完美的詮釋。
引力透鏡效應(yīng)是愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言的一種現(xiàn)象。引力是將整個(gè)宇宙連接在一起的最神秘的“膠水”，但這并不是它魅力的極限。
由于時(shí)空在大質(zhì)量天體附近會(huì)發(fā)生扭曲，光線在通過大質(zhì)量天體附近時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。所以我們也可以利用它扭曲時(shí)空的特性來觀察宇宙深處的物體。
如果在觀察者到光源的直線上有一個(gè)巨大的天體，那么觀察者就會(huì)看到一個(gè)或者多個(gè)由光線彎曲形成的圖像。而這種現(xiàn)象被稱為引力透鏡現(xiàn)象。
任何具有足夠質(zhì)量的物體都可以充當(dāng)引力透鏡，它們可以幫助我們?cè)阢y河系中發(fā)現(xiàn)一些因?yàn)樘刀鵁o法被人看見的物體，例如具有恒星質(zhì)量的黑洞。
凝視深空的天文學(xué)家也可以重建這些圖像，以更精細(xì)的方式觀察到被它折射的遙遠(yuǎn)星系。
但這并不是引力透鏡的全部功能。透鏡的強(qiáng)度取決于引力場(chǎng)的曲率，而引力場(chǎng)的曲率與其周圍的質(zhì)量直接相關(guān)。
當(dāng)然除了產(chǎn)生這種奇怪的形狀外，引力透鏡還為天文學(xué)家提供了探測(cè)橢圓星系中暗物質(zhì)分布的最直接的方法。
暗物質(zhì)是一種看不見的奇特物質(zhì)，他不發(fā)出任何輻射，也無法被直接觀察，但他可以通過引力透鏡效應(yīng)分析其空間分布。
因?yàn)橐ν哥R不僅能夠讓研究人員測(cè)量星系和星系團(tuán)的重量，這反過來也可以幫助他們發(fā)現(xiàn)和繪制暗物質(zhì)，從而產(chǎn)生額外的引力，而這些引力又可以讓研究人員探測(cè)到宇宙中所沒有辦法解釋的東西。
所以說引力透鏡是天體物理學(xué)中最重要的研究工具和方法之一。它在宇宙學(xué)暗物質(zhì)、暗能量、以及大尺度引力和系外行星的探測(cè)中都發(fā)揮著巨大的作用。
產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)的前天體可能是一個(gè)擁有巨大黑洞的星系、一個(gè)星系團(tuán)，也可能是非重子暗物質(zhì)。
天文學(xué)家通過測(cè)量它的引力效應(yīng)來推斷它的存在。暗物質(zhì)通常分布在星系中，占宇宙物質(zhì)總質(zhì)量的絕大多數(shù)。
通過研究星系中的暗物質(zhì)，天文學(xué)家希望獲得更多關(guān)于星系形成的認(rèn)識(shí)。
此外，天文學(xué)家甚至還用引力微透鏡來探測(cè)其他星系中的系外行星。
