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一颗恒星的死亡重播

1915年,伟大的阿尔伯特·爱因斯坦提出了现代物理学的奠基之作——广义相对论。其中,爱因斯坦预言了一种现象——由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)。如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体,则在光源的两侧会形成两个像,就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样,而这种现象就被称为引力透镜效应。

当光在星系、星系团及黑洞等具有巨大引力的天体附近经过时,会像通过凸透镜一样发生弯曲,根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度,我们就可以推算出发光星系的年龄和距地距离。

随着科学技术的不断发展,人类对引力透镜效应的实际观测证明,爱因斯坦的广义相对论确实是关于引力的正确描述。

引力透镜打造的星空电影院

在某些情况下,起引力透镜作用的天体是一个星系,它对光的弯曲作用能产生类星体或其他星系等更遥远天体的多重像。有些天文学家认为,多达2/3的已知类星体可能由于引力透镜效应而增加了亮度。

而在遥远的宇宙深处,星系团导致的引力透镜还有很多很多,它们是天文学家最喜爱的观测目标。天文学家常常会对着宇宙边缘的引力透镜凝视,引力透镜能把远处的星光呈现在他们眼前,让他们看到本来无法观测到的宇宙边缘,这是一幅静态却又绝美的景观。

然而,天文学家并不满足于此,他们还想通过引力透镜看到更多的景象,比如超新星(恒星演化过程中的一个阶段)。超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸,此时它会突然增加万倍的亮度。即便如此,人类也只有在引力透镜的作用下才能看到。引力透镜还会呈现出一个超新星的几个幻象。由于星系团由多个星系组成,结构复杂,光线会经过多次折射,超新星就会出现好几个幻象,让人们以为看到了好多颗超新星。

不过,无论是超新星还是它们的幻象,都仍不足以勾起天文学家的全部激情,他们希望看到奇迹,看到由引力透镜播放的一本来自宇宙深处的电影——超新星爆发的完整过程。

近几年,科学家已经发现了形形色色的引力透镜。如今,他们更是找到了真正能为人类呈现宇宙深处故事的引力透镜——星系团MACS J1149+2223,它是最高级的引力透镜,满足了天文学家的心愿——能够像播放电影般叙述宇宙的故事。

双重引力透镜打造爱因斯坦十字架

星系团MACSJ1149+2223位于宇宙深处,距离我们足有50亿光年。它充当了引力透镜,能把90亿光年外的雷夫斯达尔超新星(Refsdal)呈现在我们眼前。当这颗超新星出现时,经过星系团MACS J1149+2223引力透镜效应的作用,会发生巨大的改变,呈现出4个幻象。这4个幻象基本上处于对立的位置,就像是一个十字架,是引力透镜效应最著名的例证之一,被称为爱因斯坦十字架。

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