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你認(rèn)為宇宙中存在著一模一樣的星系嗎？相信許多人都會(huì)給出否定的答案，因?yàn)檫@種概率實(shí)在是太低了，巧合在星系這種龐大結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)基本不可能。在2013年時(shí)，美國的天文學(xué)家，蒂莫西·漢密爾頓卻通過哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了這樣神奇的存在，這兩個(gè)極度相似的星系也被稱為“漢密爾頓天體”。

實(shí)際上，除了這個(gè)奇怪的發(fā)現(xiàn)以外，科學(xué)家還在距離地球50億光年的地方，使用哈勃望遠(yuǎn)鏡拍到了愛因斯坦十字。當(dāng)它出現(xiàn)在人類眼前時(shí)，大家都無法想象，它真的會(huì)在現(xiàn)實(shí)中存在。那么，愛因斯坦十字到底是什么呢？難道宇宙中真的有一模一樣的星系？

下面就從哈勃發(fā)現(xiàn)愛因斯坦十字的事件以及引力透鏡效應(yīng)，來為大家解答以上問題，看看宇宙中是否真的有“多胞胎”存在。那么，就先讓我們一起來看看“愛因斯坦十字”到底是何模樣。

神奇的愛因斯坦十字

愛因斯坦應(yīng)該是大家最熟悉的科學(xué)家之一了，雖然他的理論過于高深，我們普通人很難理解，但這并不妨礙他成為“傳奇”。愛因斯坦最神奇的地方在于，他就像是一個(gè)預(yù)言家，他生前留下的諸多理論，在其死后的五十多年以來，一一被印證。這些證據(jù)有時(shí)也會(huì)以他的名字來命名，彰顯他對世界做出的貢獻(xiàn)，愛因斯坦十字正是這樣的存在。

愛因斯坦十字也叫作愛因斯坦十字架，它位于飛馬座內(nèi)，主要由它和較遠(yuǎn)的一個(gè)類星體四重影像組成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去就像是一個(gè)“十字架”。愛因斯坦還在世時(shí)，觀測條件并不足以發(fā)現(xiàn)這個(gè)證據(jù)。直到他去世40年左右，也就是上世紀(jì)的90年代，哈勃望遠(yuǎn)鏡才拍攝到了天龍座星系團(tuán)出現(xiàn)的引力透鏡效應(yīng)照片，不過這還不是“愛因斯坦十字”。

真正的愛因斯坦十字是在2014年11月11日，從事分析工作的天文學(xué)家，在整理哈勃望遠(yuǎn)鏡收集的圖片時(shí)才發(fā)現(xiàn)的。剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)，大家都無法想象，原來它真的存在。從這張圖片可以看出，有五個(gè)藍(lán)色的光斑，其中中間的那個(gè)要大一些，剩下的四個(gè)光斑圍繞著它。中間這個(gè)大一些的光斑正是一個(gè)距離地球50億光年的星系團(tuán)。這種有趣的排列組合，看起來就如同一個(gè)十字架，因此被人們叫做愛因斯坦十字。

這個(gè)十字，無疑證明了愛因斯坦在廣義相對論當(dāng)中提出的引力透鏡效應(yīng)，雖然這時(shí)他已經(jīng)離開人世，卻不妨礙其預(yù)言成為定論。而這時(shí)許多人肯定好奇，那么這些光斑是一模一樣的星系嗎？不是的，它們只是幻象而已，就像我們在生活中看到的“海市蜃樓”，這些幻象實(shí)際都來自同一個(gè)星系或者星系團(tuán)。

其形成正是與愛因斯坦提出的引力透鏡效應(yīng)有關(guān)，那么什么是引力透鏡效應(yīng)？它對于我們觀測宇宙又有怎樣的用處呢？

宇宙天然放大鏡：引力透鏡

從愛因斯坦的廣義相對論可以看到，他認(rèn)為光線在引力場當(dāng)中會(huì)發(fā)生偏折現(xiàn)象。而這就意味著，當(dāng)背景光源的光發(fā)出之后，如果在前面有著黑洞或者星系團(tuán)的存在，那么強(qiáng)大的引力場就會(huì)讓光線匯聚并且彎曲。所以，我們看到的多個(gè)光斑，就是光線受引力場彎曲之后形成的幻想，并不是真的。

雖然我們常說照片和本人之間還是有差距的，但是對于距離較遠(yuǎn)的天體，使用引力透鏡效應(yīng)呈現(xiàn)出的“像”去分析它本身以及這個(gè)“照相機(jī)”，還是很不錯(cuò)的。愛因斯坦作為天才代表，可不僅僅只是提出了這個(gè)效應(yīng)的原理，他甚至對引力透鏡效應(yīng)進(jìn)行了定量計(jì)算。

資料顯示他以太陽為例子計(jì)算出如果一束光要被太陽會(huì)聚到一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)與太陽的距離是地球與太陽距離的542倍。因此他認(rèn)為，恒星級天體的引力對光的折射效應(yīng)太弱了，產(chǎn)生的引力透鏡效應(yīng)不可能被觀測到。

不過，當(dāng)我們的觀測尺度上升到宇宙就不一樣了。畢竟大家抬頭看向夜空時(shí)都能看到無數(shù)恒星閃爍，因此宇宙當(dāng)中無數(shù)恒星聚集成的星系，完全可以作為一個(gè)好用的“放大鏡”。更不用說，宇宙之中還有黑洞的存在，其形成引力場還不是易如反掌的事情。

那么，引力透鏡這個(gè)放大鏡的存在，對于我們探索和研究宇宙有什么用處嗎？首先，就是它能夠充當(dāng)“望遠(yuǎn)鏡”，因?yàn)樯衔闹形覀兙驼f了，它能夠聚集背景天體發(fā)出的光，這些天體往往距離地球特別遠(yuǎn)且光芒比較暗淡。如果我們想直接依靠設(shè)備觀察到它們是很難的，但是有了引力透鏡這個(gè)放大鏡的存在就簡單多了。

天文學(xué)家現(xiàn)已著手觀測一個(gè)距地100億光年的超大黑洞，放大后的觀測距離相當(dāng)于月球觀測距離的13倍，是任何望遠(yuǎn)鏡也無法達(dá)到的效果，其觀測效果相當(dāng)于在500萬公里外觀察一枚一歐元的硬幣。

其次就是引力透鏡是由透鏡體投影的二維質(zhì)量分布決定的，所以我們能通過這一性質(zhì)來探索宇宙物質(zhì)的分布，從而分析出宇宙中質(zhì)量團(tuán)塊分布的結(jié)構(gòu)和演化。

總之，引力透鏡效應(yīng)的妙用很多，未來科學(xué)家可能會(huì)在探索中找到它的更多用處，這對于我們研究宇宙是一個(gè)好消息。

此外，除了愛因斯坦十字和文章開頭就提到的漢密爾頓天體能夠作為證明引力透鏡效應(yīng)存在的證據(jù)?？茖W(xué)家還在探測中發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦環(huán)，相比于十字的形狀，這個(gè)圓環(huán)看上去更加的神奇。

當(dāng)然了，發(fā)現(xiàn)愛因斯坦環(huán)的依舊是哈勃望遠(yuǎn)鏡。它在2004年8月到2005年3月的巡天觀測中，一共發(fā)現(xiàn)了8個(gè)愛因斯坦環(huán)，不過清晰度有所差別。最清晰的尾羽蛇夫座，前置天體和地球的距離為26億光年，背景天體則遠(yuǎn)在55億光年以外。

因?yàn)槠涮厥獾脑煨?，許多人將之稱為太空中的愛情信物。想象一下，這枚“獨(dú)特的戒指”正是宇宙送給我們的禮物，它已經(jīng)在這里存在很久了，一直默默等待著人類觀察到它。

引力透鏡幫助人類探索暗物質(zhì)

大家都知道，宇宙的廣闊超乎我們的想象。因此在這之中有許多大質(zhì)量結(jié)構(gòu)的存在也很正常，不過科學(xué)家一直很疑惑，到底是什么“束縛”住了這些結(jié)構(gòu)，使得它們沒有隨著運(yùn)動(dòng)而散架。

以我們所處的銀河系為例，從圖片上來看，它就是由一個(gè)圓盤和幾條旋臂共同構(gòu)成的，并且一直處在位移當(dāng)中。那么，為什么銀河系存在這么多年，沒有在運(yùn)動(dòng)之中“散架”，而是一直和之前的樣子所差無幾呢？

這時(shí)暗物質(zhì)就進(jìn)入了我們的視野，這種無法被望遠(yuǎn)鏡觀測到，被稱為宇宙幽靈的東西廣泛分布在宇宙當(dāng)中。根據(jù)估算，暗物質(zhì)的總量是普通物質(zhì)總量的五倍還多，因此它們可能才是真正固定宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的“骨架”。

雖然我們知道暗物質(zhì)存在，但卻一直苦于無法用望遠(yuǎn)鏡觀察它們，所以暗物質(zhì)探測進(jìn)展十分緩慢。但是引力透鏡效應(yīng)可以幫助我們探測暗物質(zhì)，因?yàn)榭茖W(xué)家可以靠著分析這類重影的圖片，繪制出其中的暗物質(zhì)環(huán)。

2007年1月, 歐洲和美國的科學(xué)家首次公布了局部宇宙空間暗物質(zhì)分布的三維圖，這項(xiàng)成果由70位天文學(xué)家共同完成。他們分析了哈勃望遠(yuǎn)鏡花1000小時(shí)拍攝的575幅照片, 找出50萬個(gè)受引力透鏡效應(yīng)畸變的星系。

由目前得到的成果來看，引力透鏡效應(yīng)的用處確實(shí)非常明顯。期待未來我們可以通過它，觀察到宇宙中更多的暗物質(zhì)，解開宇宙大質(zhì)量結(jié)構(gòu)形成的謎題，待到那時(shí)銀河系的“前世今生”的畫卷，也將呈現(xiàn)在人類眼前。

2007年1月, 歐洲和美國的科學(xué)家首次公布了局部宇宙空間暗物質(zhì)分布的三維圖，這項(xiàng)成果由70位天文學(xué)家共同完成。他們分析了哈勃望遠(yuǎn)鏡花1000小時(shí)拍攝的575幅照片, 找出50萬個(gè)受引力透鏡效應(yīng)畸變的星系。

標(biāo)簽： 愛因斯坦