2022年7月发布 詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) – 人类投入太空的最强大的望远镜 – 她递给她的第一张照片，一张包含数千个星系的深场图像，其中许多星系看起来就像在早期宇宙中一样。 许多人没有想到的是，其中一些扭曲而奇怪的星系会变成什么样子。
萨尔瓦多·达利 (Salvador Dali) 的星系看起来像融化的糖果，并不能代表这些物体在太空中的样子； 这是 JWST 图像中的错觉。 JWST 图像的另一个令人惊奇的方面，例如 一个取自 RX J2129 超级集群， 就是几个星系出现在同一张图像的多个点上。 同样，这是一种错觉。 这些星系实际上并没有确切的二重身。
这怎么可能？ JWST 图像的这两个截然不同的方面是同一现象的结果，称为引力透镜效应。 100 多年前首次预测 艾尔伯特爱因斯坦通过以下工作，引力透镜已成为天文学家的重要工具放大镜. 这些扭曲的、重复的星系都是引力透镜物体的例子。
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什么是引力透镜？
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引力透镜是爱因斯坦理论预言的现象 广义相对论这表明 重力 它源于具有质量的物体对时空结构的影响，结合为一个称为时空的单一实体。
想象一块有弹性的橡胶板，上面放着不同质量的球。 球的质量越大，它就越能缠绕在橡胶板上。 对于在时空结构中发现的具有大量质量的物体也是如此：质量越大，时空物体被扭曲的程度就越大，例如 星系 和导致时空严重扭曲的星系团。 当来自背景物体（如恒星或星系）的光穿过这种扭曲时，这种效果会变得非常有趣。
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光以直线传播，不管它穿过的空间是否扭曲。 用质量扭曲空间会导致来自远处光源的光“弯曲”。 结果，当光线射到 土地它使背景物体看起来在天空中的不同位置。
在极端扭曲的情况下，当地球和背景源之间的物体质量很大时，光线围绕物体采用不同的路径，所有路径都不同程度地弯曲。 这会在不同程度上改变光到达我们的路径长度，从而改变它的到达时间。 这意味着带透镜的物体可以在单次曝光中出现在多个点上。 这可以产生一些有趣的形状，例如十字形，或者在具有完美对称性的透镜的情况下，称为“爱因斯坦环”的光环，所有这些都由同一物体的重复迭代组成。
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星系团具有“杂乱”的形状，星团缺乏中心分布，因此当它们作为中间体或透镜体时，透镜体并不完美， 根据欧洲航天局 （在新标签页中打开）. 正如 JWST 的深场图像中所见，这会导致带透镜的物体看起来扭曲成围绕透镜状星系团的弧线。
然而，这些透镜状物体不仅仅是一种视觉上的好奇心。 引力透镜可以通过多种方式对天文学家有用。
引力透镜效应不仅会扭曲来自背景物体的光线； 它实际上可以放大这种光，从而增强来自极远物体（例如早期星系）的非常微弱的光。 因此，引力透镜对 JWST 研究早期宇宙至关重要。
此外，透镜状物体在光线通过时产生的图案可以揭示该物体的很多信息， 美国宇航局解释 （在新标签页中打开）. 例如，引力透镜可以揭示物质在星系团和星系中的分布情况。
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其他来源
用这些更详细地探索引力透镜 来自 NASA 的资源 （在新标签页中打开）. 费米国家加速器实验室还制作了一段有用的引力透镜演示视频 费米实验室 YouTube 频道 （在新标签页中打开）.
指数
凯利，B。 （2023 年 2 月 28 日）。 三重视觉. ESA/Webb、NASA 和 CSA。 https://esawebb.org/images/potm2302a/ （在新标签页中打开）
美国宇航局。 （2022 年 9 月 30 日）。 引力透镜. 哈勃网站。 https://hubblesite.org/contents/articles/gravitational-lensing#:~:text （在新标签页中打开）
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