焦點(diǎn)消息！什么是引力透鏡，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡如何利用它？

來自詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的第一張圖片顯示了SMACS 0723星系團(tuán)的閃亮的星空。這張圖片中發(fā)生了很多事情，但是如果凝視時(shí)間足夠長(zhǎng)，你可能會(huì)注意到，一些星系似乎“變形了”，它們的光線被拉長(zhǎng)了。然而，這并不是望遠(yuǎn)鏡的人為因素--這是現(xiàn)實(shí)本身的扭曲，在被拍攝的空間區(qū)域內(nèi)。

(資料圖片)

引力與質(zhì)量有著千絲萬縷的聯(lián)系，所以一個(gè)天體的質(zhì)量越大，其引力影響就越大。這種力量是我們能站在地球上的原因，也是讓地球繞著太陽轉(zhuǎn)的原因。但是它的工作方式比許多人可能意識(shí)到的還要奇怪--引力使時(shí)空的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

詹姆斯·韋伯澳大利亞數(shù)據(jù)中心的首席科學(xué)家Themiya Nanayakkara 博士告訴 New Atlas：“假設(shè)有一組彼此靠近的大質(zhì)量星系；即星系團(tuán)。將會(huì)發(fā)生的是，因?yàn)檫@里的集體質(zhì)量非常大，它將在周圍的空間中產(chǎn)生一個(gè)彎曲--當(dāng)你把一個(gè)重球放在床上時(shí)，可以在床褥上觀察到類似的效果。因此，當(dāng)來自背景星系的光線經(jīng)過這個(gè)區(qū)域時(shí)，它所要走的路徑會(huì)被彎曲。這導(dǎo)致背景星系的圖像被拉長(zhǎng)。”

這種現(xiàn)象被稱為引力透鏡，其影響在韋伯的新圖像中清晰可見。

ICRAR的天文學(xué)家Robin Cook表示：“所有的物質(zhì)都會(huì)在空間產(chǎn)生這些扭曲，包括你和我，但是只有當(dāng)真正的天文數(shù)量的物質(zhì)作為透鏡存在時(shí)，引力透鏡的效果才會(huì)明顯，例如，在新的JWST圖像中看到的組合星系團(tuán)。在這些圖像中，我們看到來自非常遙遠(yuǎn)的星系的光線在前景星系團(tuán)周圍彎曲，形成了令人印象深刻和令人費(fèi)解的弧線。因?yàn)樾窍祱F(tuán)并不是完美的球體，這種現(xiàn)象往往會(huì)產(chǎn)生奇怪的特征，比如同一個(gè)星系的鏡像。”

顧名思義，引力透鏡可以放大非常遙遠(yuǎn)的天體，包括一些太過遙遠(yuǎn)的天體，否則就無法看到。這給了天文學(xué)家一個(gè)令人難以置信的窺視最遙遠(yuǎn)的空間和時(shí)間的機(jī)會(huì)。

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織空間與天文學(xué)部的 Ray Norris 教授說：“這里的關(guān)鍵特征是，引力透鏡不僅扭曲了光線，而且還放大了光線，就像一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。因此，如果你用JWST通過引力透鏡觀看遙遠(yuǎn)的宇宙，就好像你在JWST上安裝了一個(gè)額外的鏡頭，讓你看到比沒有引力透鏡更遙遠(yuǎn)的星系。”

而詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡特別適合于利用這一現(xiàn)象。

澳大利亞國(guó)立大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)研究學(xué)院院長(zhǎng)Matthew Colless教授解釋說：“使JWST特別善于利用這一現(xiàn)象的因素與使它擅長(zhǎng)許多事情的因素相同：一個(gè)在紅外波長(zhǎng)下工作的大鏡子。大鏡子有兩個(gè)方面的幫助，因?yàn)樗粌H可以收集更多的光（所以可以看到更暗的東西），而且可以產(chǎn)生更清晰的圖像（所以可以看到更小的東西）。在紅外波長(zhǎng)下工作也很有幫助，因?yàn)榧t移效應(yīng)意味著宇宙中非常遙遠(yuǎn)的天體的光線會(huì)沿著光譜從可見光移到紅外線。由于天文學(xué)家在引力透鏡的幫助下觀察的目標(biāo)是微弱的、小的和非常遙遠(yuǎn)的，JWST比在可見光波長(zhǎng)下工作的較小的望遠(yuǎn)鏡，如哈勃，有很大優(yōu)勢(shì)。”

人們可以從詹姆斯·韋伯的空前威力中學(xué)到很多東西，結(jié)合引力透鏡，它可以讓天文學(xué)家研究宇宙在大爆炸后很早的時(shí)候的情況。

“JWST已經(jīng)在對(duì)宇宙中形成的第一代星系中的一些星系進(jìn)行成像，”ARC未來研究員Cathryn Trott教授告訴 New Atlas。“它也有能力拍攝它們的光譜，據(jù)此，來自星系的光被分成其組成波長(zhǎng)，使天文學(xué)家能夠識(shí)別個(gè)別元素。來自SMACS 0723領(lǐng)域的凝聚星系的光譜已經(jīng)向我們顯示，在宇宙最初幾億年內(nèi)形成的星系有氧氣，這種元素只在恒星內(nèi)產(chǎn)生。這些觀測(cè)結(jié)果，結(jié)合使用低頻射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)原始?xì)錃獾挠^測(cè)，如默奇森廣域陣列，告訴我們宇宙中第一代恒星是何時(shí)形成的，以及星系如何從JWST觀測(cè)到的小而結(jié)實(shí)的星系，演變到今天我們周圍的星系。”

“而且我們還可能通過測(cè)量光在引力透鏡周圍的旅行時(shí)間的差異來獲得對(duì)宇宙膨脹率和年齡的新的精確測(cè)量，如爆炸的恒星或閃爍的類星體，”Colless補(bǔ)充說。“因此，我們預(yù)計(jì)JWST和引力透鏡的結(jié)合將成為探索遙遠(yuǎn)宇宙的一種異常強(qiáng)大的方式。”