不久前,哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一個很奇異的天文現(xiàn)象,一個亮點外面套了兩個同心環(huán),內圈的環(huán)比較明亮,外圈的環(huán)有些黯淡,兩個環(huán)清晰可見,再加上中心的亮點,看上去就像太空中的一只眼睛:中心是瞳仁,然后是黑眼球,然后是白眼球。
太空放大鏡造就
愛因斯坦環(huán)
美國加利福尼亞大學的科學家對此現(xiàn)象認真分析后,認為這是引力透鏡現(xiàn)象引起的愛因斯坦環(huán)。
對于愛因斯坦環(huán),科學家是很熟悉的。當大質量天體,例如黑洞或者較大的橢圓星系擋住了后面的星系時,也就是地球、大質量天體和被觀察的星系三者在一條直線上時,就會看到大質量天體的外圈包圍著一個圓環(huán)。
為什么這種情況會出現(xiàn)圓環(huán)呢?這是因為大質量天體的引力場很大,會讓經過它的光線彎曲,也就是原本直線傳播的光線在這里拐彎了,就像一個凸透鏡一樣讓光線發(fā)生了彎曲,于是這個大質量天體的引力場就會起到類似凸透鏡的作用,因此被叫做“引力透鏡”。當我們透過引力透鏡看去,后面的物體就會被放大,這樣,引力透鏡就放大了后面的星光,讓原本看上去是一個亮點的星系變成了一個亮環(huán)。
可為什么是亮環(huán)呢?凸透鏡放大物體可不是把亮點放大成亮環(huán),而是放大成更大的亮斑的呀?別忘了,這里的引力透鏡中心是不透明的黑洞或橢圓星系,只有邊緣部分的光線可以透過,因此放大的效果就像用中間模糊的凸透鏡看東西一樣,只能看到亮斑的邊緣,也就是亮環(huán)了。
兩點星光化為雙環(huán)
很顯然,愛因斯坦環(huán)正常情況下應該是一個環(huán),但這里怎么會出現(xiàn)兩個亮環(huán)呢?而且兩個亮環(huán)的形狀還不太一樣?科學家認為,這種雙環(huán)是更罕見的情況,應該是前面的大質量天體——這里應該是橢圓星系——擋住了后面的兩個星系,也就是地球、橢圓星系、星系A和星系B等四點在一條直線上。于是橢圓星系的引力透鏡效應就把星系A和星系B的亮點放大成了兩個亮環(huán)。
那為什么會出現(xiàn)一個亮環(huán)比另一個亮環(huán)大很多,而且明亮程度差異很大呢?這容易理解,就像通過放大鏡看物體一樣,如果讓書上的字離放大鏡遠一點,字就會看上去更大一些,但字卻顯得更模糊。這里的兩個星系距離引力透鏡遠近不同,因此被放大的程度就不同,距離較遠的星系形成的就是較暗、較大的亮環(huán)。
根據(jù)計算,起引力透鏡作用的橢圓星系位于距離地球3億光年的地方,看上去像是亮點,而另外兩個星系分別距離地球6億光年(星系A)和11億光年(星系B)。
黑白互補,雙環(huán)相扣
可這里還有個令人迷惑的問題,這個愛因斯坦雙環(huán)有缺口,內圈的亮環(huán)好像是面包圈被咬了兩口,出現(xiàn)了兩個黯淡的缺口,在這兩個缺口的外圍,則是外圈環(huán)最亮的部分,其他部分則黯淡得幾乎看不見。為什么會這樣呢?如果是同一個引力透鏡效應造成的,那應該外環(huán)的明暗部分與內環(huán)的明暗部分是相對應的,可是這里偏偏兩個環(huán)的明暗部分是互補的。也就是說,如果內環(huán)的上半部分是黯淡的,外環(huán)的上半部分就是明亮的。這個現(xiàn)象又如何解釋呢?
別忘了,距離地球最遠的那個星系B前面還有個星系A。內環(huán)是星系A被放大后的形象,可以看出星系A在上半部分恒星較少,不夠明亮。那么當星系B經過星系A的時候,星系A的上半部分就不會擋住星系B的星光,從而讓星系B的星光能夠透過來,從而形成了這種明暗互補的愛因斯坦雙環(huán)。
愛因斯坦雙環(huán)比較罕見,但科學家認為在10000個愛因斯坦環(huán)中也許能找到一個。這種雙環(huán)的天文意義很大,科學家想利用它研究暗物質如何分布的問題。