Cosmic Scale
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引力透镜

质量如何把光弯成环、十字和弧,并让我们称量看不见的东西

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质量使光弯曲

对太阳来说,弯曲很小。对整个星系或星系团来说,它大到足以看见:一团质量就像一块不均匀的透镜,来自它后面很远处物体的光,可以从不止一个方向到达我们。这里的暗点是透镜(绘制),它后面的星系被看见了两次。

对齐

当后面的星系滑到与透镜成一线时,它的两个像绕着透镜转动、拉长、变亮,最后连成一个环。

透镜方程说明了光看起来来自哪里。光源稍微偏离连线时,有两个像,透镜两边各一个,远侧是一条长弧,近处是一条短弧。越接近对齐,像被拉得越长,也越亮。

完全对齐时,两个像成为一个整圆,即爱因斯坦环。它的半径,即爱因斯坦半径,随透镜质量的平方根增大。你可以试试:拖动画面,会把后面的星系推过透镜,像也随之移动。

爱因斯坦十字

每个像各自变亮又变暗,因为透镜星系里的单颗恒星从它前面经过,再次对它产生透镜效应。天文学家利用这种闪烁来研究类星体的盘,那是一个只有几光日宽、没有任何望远镜能直接看到的区域。

称量暗物质

Clowe的团队在2006年研究了它。粉红色的光芒是在X射线中看到的热气体,含有大部分普通物质;蓝色是透镜效应找到的质量。两者都画在测量到的位置:质量不在气体所在的地方。

气体在碰撞中被减速,就像两团烟云。质量则随着星系继续运动,好像是一种能穿过自己的东西。这是大部分物质是暗的、几乎不相互作用的最好证据之一,而且很难仅靠改变引力来解释。

穿越时间被看见的恒星

2022年,Welch的团队在一条弧,即日出弧中发现了埃伦德尔,这条弧是星系团把红移6.2的一个星系拉伸而成的。恰好在透镜最强的一条线上,放大倍数达到几百或几千,足以在别处根本看不到任何恒星的距离上显示出一颗恒星。

透镜效应是大自然自己的望远镜,詹姆斯·韦布空间望远镜用星系团这样为它最深的图像服务。埃伦德尔是一颗恒星还是几颗,仍在研究。图中显示的是一个光点,画在它被发现的弧上。

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