在圖像底部，一個紅色漩渦旁邊的細長黃色球體上有一個由四個紫色光組成的弧形，第五個紫色球體位于圖像底部
在一張JWST圖像中，同一類星體的六個實例表明了第一個愛因斯坦之字形的發(fā)現(xiàn)。（圖片來源：Dux等人，2024）
天文學家利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了第一個“愛因斯坦之字形”，即一個類星體在一張圖像中重復六次的圖像。這種安排是由于阿爾伯特·愛因斯坦于1915年首次提出的一種稱為“引力透鏡”的效應而創(chuàng)建的，它可以幫助科學家避免宇宙學危機。
這個系統(tǒng)被命名為J1721+8842，由一個類星體組成，它是一個極其明亮的星系核心，由兩個相距甚遠但完全對齊的星系透鏡組成。這一發(fā)現(xiàn)不僅極為罕見，標志著阿爾伯特·愛因斯坦的代表作《廣義相對論》中引入了一種奇怪的時空彎曲現(xiàn)象，而且J1721+8842之字形也具有標準引力透鏡所沒有的力量。
人類看到的第一個愛因斯坦之字形可以幫助科學家解決宇宙學中兩個最大的謎團。第一個神秘的問題是暗能量的性質(zhì)，或驅(qū)動宇宙加速膨脹的力量，約占宇宙能量和物質(zhì)預算的70%，第二個問題與科學家在測量宇宙膨脹速度值時發(fā)現(xiàn)的差異有關(guān)：哈勃常數(shù)。
發(fā)現(xiàn)小組成員、斯坦福大學宇宙學家馬丁·米隆告訴Space.com：“我很興奮，不僅因為這是一個迷人的自然現(xiàn)象，而且因為這個系統(tǒng)在測量宇宙學參數(shù)方面非常有前景?！薄斑@個透鏡系統(tǒng)有可能對哈勃常數(shù)和暗能量狀態(tài)方程施加嚴格的限制，這通常是不可能的?！?/p>
廣義相對論指出，具有質(zhì)量的物體會在空間和時間的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生曲率，并統(tǒng)一為一個稱為“時空”的單一實體。物體的質(zhì)量越大，它在時空中造成的“凹痕”就越大。當重力由這種曲率產(chǎn)生時，物體的質(zhì)量越大，其引力影響就越大。
當來自背景光源的光在到達地球的途中經(jīng)過一個巨大的透鏡體時，就會發(fā)生引力透鏡效應，從而在空間中遵循由此產(chǎn)生的曲率，導致其自身的路徑彎曲。因此，來自該背景源的光在引力透鏡周圍采取不同的路徑，以不同的距離接近透鏡質(zhì)量，并以不同的量彎曲。這意味著來自同一背景光源的光線可以在不同時間到達同一臺望遠鏡。
結(jié)果，單個背景發(fā)光體可以出現(xiàn)在單個圖像中的多個位置。這些物體可以形成愛因斯坦環(huán)、愛因斯坦十字架等排列，在這個目前獨特的情況下，還可以形成愛因斯坦之字形。
引力透鏡信息圖
一張圖表顯示了時空的曲率如何導致引力透鏡效應。（圖片來源：美國國家航空航天局、歐洲航天局和L.Cal?ada）
JWST實際上并不是第一臺發(fā)現(xiàn)J1721+8842的望遠鏡。這個透鏡類星體更具體地說是由一個正在進食的超大質(zhì)量黑洞周圍明亮發(fā)光的氣體和塵埃組成的，Cameron Lemon于2017年使用位于夏威夷哈雷阿卡拉天文臺的全景巡天望遠鏡和快速反應系統(tǒng)（Pan-STARRS）發(fā)現(xiàn)了它。
起初，類星體似乎只被透鏡照射了四次。然而，JWST的靈敏度表明，兩個星系實際上對這個遙遠的類星體進行了六次透鏡作用，在這種排列中，較遠的星系也被較近的星系透鏡作用。
“通常，單個星系產(chǎn)生的引力透鏡會形成背景源的兩個或四個圖像，具體取決于排列方式。在這種情況下，兩個星系和一個背景類星體之間有一個特殊的排列，形成了一個罕見的六圖像配置?！薄拔覀兎Q之為‘愛因斯坦之字形’，因為多個圖像中的兩個圖像的光路在一側(cè)經(jīng)過第一個星系，然后被另一側(cè)的第二個星系偏轉(zhuǎn)。這個光路在兩個星系之間形成了之字形圖案?！?/p>
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