愛因斯坦環

愛因斯坦環（Einstein ring）是指一種由於光源發出的光線受到引力透鏡效應的影響，而使觀測所得的光源形狀改變呈環形的現象。

基本介紹

• 中文名：愛因斯坦環
• 外文名：Einstein rin
• 影響：光源發出的光線受到引力透鏡效應
• 現象：使觀測所得的光源形狀改變呈環形
• 相對論：預言了引力波的存在
• 學科：天文學

相對論信息

相對論預言了引力波的存在，發現了引力場與引力波都是以光速傳播的，否定了萬有引力定律的超距作用。當光線由恆星發出，遇到大質量天體，光線會重新匯聚，也就是說，我們可以觀測到被天體擋住的恆星。一般情況下，看到的是個環，被稱為愛因斯坦環。 愛因斯坦環可以用來證明暗物質的存在，目前科學家正努力找到暗物質。

有時，引力透鏡效應也會使星體的影像分開成幾個，比如著名的“愛因斯坦十字”。

發現

“哈勃”望遠鏡在2004年8月到2005年3月的巡天觀測中發現了8個愛因斯坦環。其中最完整最清晰的是J162746.44-0053，位於蛇夫座，前置天體距離26億光年，遠方天體距離55億光年；最遙遠的是J163028+4520，位於武仙座，前置天體30億光年，遠方天體距離72億光年。

後來，哈勃拍攝的更為遙遠的一個愛因斯坦環，被稱為“宇宙之眼”，公布於2007年10月。前置天體是星系團J2135-0102，位於寶瓶座，距離38億光年，遠方天體距離121億光年。

雙愛因斯坦環

2008年1月，“哈勃”網站還公布了一張珍貴的“雙愛因斯坦環”SDSSJ0946+1006照片。雙環的形成是因為在一個前置天體後面有兩個距離不等的遙遠星系，恰好排列在一條方向上，SDSSJ0946+1006位於獅子座，前置天體距離約30億光年，產生內環幻像的星系距離約60億光年，產生的外環幻像的星系距離約110億光年。

雙愛因斯坦環

愛因斯坦環——太空中的愛情信物

那個藍色巨大的東西是什麼，而且能圍繞在整個星系的周圍？這是一個引力透鏡幻象。上面影像的左側是一個正常白色星系的重力將更遙遠的藍色星系發出的光引力扭曲後得到的結果。更普遍的情況是，光線的扭曲會讓遙遠星系形成兩張獨立的影像，但是在這裡透鏡排列很精確，以至於背景星系被扭曲後，形成了近似於一個圓環。因為透鏡效應是70年前由艾波特.愛因斯坦預言提出，所以SDSSJ1430這樣的光環現在被稱為愛因斯坦環。SDSSJ1430是在斯隆透鏡高級攝像儀觀測計畫活動期間發現，這是基於斯隆數字巡天和哈伯太空望遠鏡的ACS相機來尋找透鏡候選體的計畫。類似SDSSJ1430的強引力透鏡有很多古怪的事情，它們的多個特性能讓天文學家測定前景星系透鏡中物質和暗物質的含量。SLACS的數據現在已經被使用，例如，數據顯示隨著整個星系質量越大，暗物質比例也就越高。而上面影像右側的插入圖片，從上到下依次是，背景藍色星系真實看上去的樣子，再經過計算機重新處理後的影像、白色的前景星系、以及引力透鏡下的藍色背景星系。

我們在太空中也能看到這樣的戒指，它是太空中的愛情信物——愛因斯坦環，它象徵著宇宙對我們人類的博大關愛。看，該圖就是由美國哈勃太空望遠鏡拍攝的愛因斯坦環影像，薄薄的藍色戒指狀圖案，這是引力透鏡最完美的表現，中心黃紅色的光斑就是大約20到40億光年以外的巨型橢圓星系。

愛因斯坦環與引力透鏡

“愛因斯坦環是宇宙中廣義相對論最生動的示範之一，”哈佛-史密森天體物理中心（CfA）的亞當·博爾頓說。“這為研究宇宙中質量最大的星系提供了一個獨一無二的機會。” 這種光學幻影是由一種被稱為引力透鏡的彎曲空間所創造的。它本質上就相當於太空中的一塊巨大的放大鏡，彎曲和放大了更遙遠天體所發出的光線。在引力透鏡中，一個遙遠的星系發出的光線可以被一個位於視線中間的星系扭曲成一道光弧或者幾個分離的影像。當兩個星系完全連成一線的時候，這些光線就會形成一個如眼的圖案，包圍著前景星系，這就是所謂的愛因斯坦環。

天文學家們現在已經將兩組強大的天文數據——斯隆數字巡天和NASA的哈勃太空望遠鏡結合了起來，辨認出了19個新的引力透鏡星系，大大地充實了由此前已知的大約100個引力透鏡星系所組成的資料庫。通過研究這些透鏡候選體所產生的光弧和光環，天文學家們能夠精確測量這些前景星系的質量。在這19個星系之中，他們已經找到了8個新的愛因斯坦環。此前只有3個類似的環在可見光波段中被看到過。

這些新發現的透鏡是由一個正在進行中的計畫——斯隆透鏡ACS搜尋計畫（SLACS）所發現的。一個由CfA的亞當·博爾頓和荷蘭卡普坦天文研究所的利昂--庫普曼斯領導的天文學家小組從斯隆數字巡天的幾十萬個橢圓星系可見光光譜中挑選出透鏡候選體。然後他們再利用哈勃高新巡天相機（ACS）的銳利目光來進行驗證。

“斯隆數字巡天的巨大規模，再加上哈勃的成像質量，已經為發現新的引力透鏡打開了這個空前的機會，”博爾頓解釋說。“我們已經成功地從每一千個顯示出引力透鏡跡象的星系之中辨認出了一個引力透鏡事件。”

除了產生了古怪的形狀之外，引力透鏡還為天文學家們提供了最直接的探測橢圓星系中暗物質分布的方式。暗物質是一種不可見的奇異物質形態，還沒有被直接觀測到過。天文學家們是通過測量它的引力效應而推斷出它的存在的。暗物質普遍分布在星系之中，組成了宇宙中的總物質質量的絕大部分。通過研究星系中的暗物質，天文學家希望能夠獲得關於星系形成的更多認識，它們一定是在早期宇宙中的暗物質密集團塊周圍開始形成的。

“能夠研究這些和其他一些回溯到幾十億年以前的引力透鏡，這使得我們可以直接看到暗物質和可見物質的分布是否會隨著宇宙的時間而發生改變，”庫普曼斯說。“利用這些信息，我們能夠檢驗這種被普遍認同的觀點，即星系是由較小的星系相互碰撞和併合而形成的。”

博爾頓在麻省理工學院（MIT）發起的SLACS搜尋仍在繼續，目前研究小組已經利用哈勃研究了將近50個引力透鏡候選體。最後的總數可能會超過100個，其中包括著更多的新引力透鏡。總部設在麻省劍橋市的哈佛-史密森天體物理中心（CfA）是由史密森天體物理觀測台和哈佛大學天文台合作成立的。CfA的科學家們被分成6個研究小組，研究內容包括宇宙的起源、演化、以及最終命運。

最新發現

54億光年外“愛因斯坦環”揭星系演化之謎

近日一支國際天文學家小組發現了迄今為止最遙遠的宇宙透鏡—一個自身引力能夠完全扭曲和偏離更遙遠的恆星育兒所發出的光的星系。這個所謂的引力透鏡是如此遙遠以至於被扭曲的光需要94億年的時間才能到達地球它可以用於測量遙遠星系的質量，這項研究這樣表明。

這項發現其實是一次偶然的意外，研究首席作者、德國馬克斯普朗克天文研究所的天文學家阿爾揚·凡·德·威爾(Arjen van der Wel)這樣說道。。

“我觀察到一個星系非常奇怪，” 凡·德·威爾說道。“它看起來像一個非常年輕的星系，但它的距離比我預想的遙遠得多。它甚至不該出現在我們的觀察項目里!”這種矛盾性暗示著光被一個更加遙遠的天體偏離，而後者與這個星系精確的對齊。

引力會彎曲時間和空間，這意味著空間裡更大質量的天體將有更強的引力。這些引力會彎曲光，扭曲天文學家利用地球上的望遠鏡所觀測到的宇宙天體。正如阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)廣義相對論所預測的，光經過遙遠星系時會被後者的引力所影響。因此引力透鏡可能是非常有用的工具。通過測量這些扭曲的光線，天文學家能夠確定透鏡星系的質量，或者導致光線扭曲的天體。

此外，引力還會自然的放大背景光源，使得天文學家能夠觀察到本來觀察不到的遙遠星系的細節。當引力透鏡與遙遠的光源(也即這個例子裡的更年輕、遙遠的星系)完美的對齊時，地球上的觀察者將看到一個光圈。這就是所謂的“愛因斯坦環”，它代表了更遙遠天體被投射和放大的圖片。

通過對比哈勃太空望遠鏡拍攝的其它圖片，並移除透鏡星系周圍恆星的薄霧，研究人員發現了一個近乎完美的愛因斯坦環，據凡·德·威爾透露稱。天文學家能夠測量扭曲的光線以直接計算透鏡星系的質量。此外，這項發現還發掘了早期宇宙的新神秘之謎。

這項研究里的更遙遠、放大的天體也就是所謂的恆星爆發矮星系。一般來說，這類星系非常年輕，只有1000萬至4000萬年曆史，且非常高產，能夠產生大量新的恆星。這種類型的引力透鏡—也即較古老的天體彎曲更年輕更遙遠的恆星爆發星系的光—被認為極其罕見。然而，這是天文學家利用引力透鏡發現的第二個恆星爆發矮星系。這些結果表明，年輕的恆星爆發矮星系可能在早期宇宙里比之前預想的要更常見，這使得科學家不得不重新思考某些廣泛接受的恆星進化模型。

“這是一項奇怪但有趣的發現，” 凡·德·威爾說道。“這完全是純屬偶然的發現，它結合了我正在研究的兩個完全不相關的課題—巨大古老星系以及年輕的恆星爆發矮星系—它具有開啟描述早期宇宙星系進化新篇章的潛力。”這項研究被發表在10月17日的期刊《天文物理期刊通訊》上。

新髮型的愛因斯坦環

最近，由斯隆數字巡天觀測計畫與哈勃空間望遠鏡兩強聯手，發現了19個新的引力透鏡星系，加上原先已知的，目前引力透鏡星系的總數已經達到了100個。20。5年11月17日，美國航宇局的有關網站公布了其中的8個，是從19個當中精選出來的。這些引力透鏡現象是最完美的．在已經觀測到的所有引力透鏡現象當中稱得上是第旃的。近期公布的這8個引力透鏡星系都很相似，它們都是大質量的橢圓星系。每幅照片中心那個略微發紅的白色光斑，就是起到引力透鏡作用的大質量橢圓星系。橢圓星系的四周分布著一些細小的藍色的弧線，圍繞著白色光斑形成公牛眼睛似的圓環。這些藍色的圓環叉被稱作愛因斯坦環，它們是遠在橢圓星系後面的另外一個星系的虛像。大質量橢圓星系擋住了它們的光芒，使我們看不到它們的真實面貌。然而，大質量橢圓星系的引力透鏡作用，使得遙遠星系的光線發生了彎折，形成了這些美麗的藍色光環．

1979年以前，引力透鏡和引力透鏡天體等辭彙對於普通公眾來說還比較陌生，更沒有人見到過引力透鏡現象，因為那時候關於引力透鏡和引力透鏡天體等觀點，還只是愛因斯坦在理論上的推測。1912年，愛因斯坦曾經預言，大質量天體會產生像玻璃透鏡樣便光線彎折的效應，因此可以把該天體看作是宇宙中一個龐大的“引力透鏡”。原本筆直經過它們的光線在這裡會轉彎，然後在地球上會聚起來形成它們的影像。然而，愛因斯坦提出引力透鏡概念以後的半個多世紀中，天文學家始終沒有在實際觀測中發現引力透鏡現象。直到60年代，許多人還認為引力透鏡現象只不過是種憑空的想像而已。1979年，事惰終於有了轉機。科學家們觀察到了2穎幾乎是模一樣的並且距離很近的糞星體0597￡_561A和0597+561B，看起來就像是一對雙胞胎緊緊靠在起。後來經過對它們反覆多次仔細研究後確認，這對雙胞胎實際上是同一個類星體被它前面個較大的星系擋住了，星系的透鏡效應使類星體0597-561經過它的時候光線發生了偏折，在觀察者的眼睛裡形成了兩個一模一樣的類星體影像。1988年，麻省理工學院的一位女科學家發現了第個愛因斯坦環。1990年，被證實為引力透鏡星系的共有6例，2005年已達100例。