宇宙存在神奇“放大镜” 引力场90度扭曲景深.

婷婷

騰訊科技訊（Everett/編譯）據國外媒體報導，近日，哈勃空間望遠鏡研究團隊科學家公佈了一個天然的“變焦鏡頭”存在於宇宙空間中，可以將遙遠、明亮的星系“拉近、放大” 。它便是引人注目的“引力透鏡”效應，利用一個天然的前景星系所產生的引力場，使得來自於其後方、遙遠的星系光線發生了彎曲並放大，這樣我們就可以看到存在於遙遠過的宇宙圖像。本次公佈的照片由哈勃空間望遠鏡的廣域行星相機WFC3於2011年3月份拍攝。




哈勃空間望遠鏡拍攝的“放大鏡星系”

這張“放大鏡星系”的圖像是哈勃望遠鏡接收到來自於100億光年外的星光，且已被前景星系強大的引力扭曲了將近九十度，這些前景星係是一個編號為RCS2 032727-132623的星系團，大約距離我們50億光年。由於光線扭曲的作用，處於100億光年外的背景星系圖像比正常情況下大了20倍，亮度增加了三倍多。相關研究成果已經刊登於《天體物理學》期刊上。

本項觀測為研究宇宙深處的奧秘提供了一個獨特的機會，尤其是在宇宙演化進行到30至40億年時，星系中的恆星是如何形成的，以及所涉及的天體物理過程。被發現於宇宙空間中的“引力透鏡”效應是一個天然的放大鏡，可將其後方的圖像扭曲放大，而要成為這個天然的放大鏡，必須要有一個較強的引力場，比如太陽、黑洞或者是一個超大的星系團，根據引力強度的不同，所扭曲放大的圖像也參差不齊。




科學家還原出星系的原始面貌

一個由美國宇航局戈達德空間飛行中心天文學家簡里格比（Jane Rigby）所領導的研究小組解析了哈勃所觀測到的“宇宙放大鏡”。簡里格比認為：這群編號為RCS2 032727-132623的星系團為我們提供了一個絕佳的工具，使得我們可以詳細地研究來自其後方的遙遠星系，如果沒有它們的存在，要研究它們是非常困難的。

在圖2左下方，科學家重建了這個遙遠星系的本來面目，這是因為在哈勃的圖像中，來自該星系的光線已經被前景星系團強大的引力所扭曲。如果這些星系團不存在，那麼這個遙遠的星系位置應該處於圖像中間的小矩形那兒。而在哈勃所拍攝的圖像中，這個遙遠星系呈現出圓滑的輪廓，正是“引力透鏡”所引起的光線扭曲。科學家根據前景星系團的質量分佈還原了被扭曲星系的圖像。




哈勃空間望遠鏡拍攝的“引力透鏡”效果圖

“引力透鏡”效應的存在使得科學家可以了解到星係是如何從100億年前演化至今的，雖然這些星系已經呈現出成熟的結構，恆星演化過程也趨於收尾，但這些信息同樣也告訴了我們關於宇宙的成長史。來自早期宇宙的光線直到現在才抵達地球，遙遠深空中的星係不僅昏暗也很渺小，天文學家若想了解恆星在這些星系中的形成過程就必須藉助天然的“宇宙放大鏡”，因為它們已經超出了哈勃望遠鏡的觀測能力，現在我們獲得了遠古宇宙星系的可見光圖像，有助於科學家更好地研究這些星系的細節。

在2006年，一組天文學家使用位於智利的甚大望遠鏡測量了被扭曲的弧形星系的距離，同時也計算出這些星系的亮度是先前發現的三倍。到了2011年，天文學家使用哈勃望遠鏡廣域行星相機進一步觀測並分析了這些遠古星系。雖然我們通過“捷徑”觀測到了遠古宇宙中星系的圖像，但那已被“引力透鏡”放大扭曲數倍，對科學家而言，真正的挑戰是將扭曲的圖像重建，還原出真實的模樣。

哈勃望遠鏡靈敏的視覺允許天文學家可以將這些圖像中扭曲的部分重建，使之看起來更加自然。在重建之後的圖像中，科學家發現了星系中的恆星形成區，就像一個聖誕樹在閃閃發亮，其亮度超過了我們銀河系中所發現的任何一個恆星形成區。通過光譜數據，研究小組的科學家們計劃進一步分析這些星系中深處的恆星形成區，以此揭開為什麼在那個時期的宇宙中可以集中形成如此多的恆星之謎。

婷婷

cmomentum

我最想知科學家點解會知道所觀察到的是變大了的星系, 而不是原來星系.

barying

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引力透鏡效應是廣義相對論所預言的一種現象，由於時空在大質量天體附近會發生畸變，
使光線在大質量天體附近發生彎曲（光線沿彎曲空間的短程線傳播）。對引力透鏡效應的觀測證明愛因斯坦的廣義相對論確實是引力的正確描述。

在1979年，天文學家觀測到類星體QSO 0957+561，他們發現這“兩個”類星體的光譜幾乎完全一樣。

http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E9%9B%99%E9%A1%9E%E6%98%9F%E9%AB%94
類星體是已知宇宙中最有活力、最遙遠的星體，而且數量很少。因此不太可能有兩個一模一樣的類星體互相挨著。
實際上，這兩個上下圖像證明是同一個離地球幾百萬光年的類星體形成的，該類星體發出的光被一個質量很大的星系(起透鏡的作用)分開而形成兩個圖像。在已知的宇宙中已經發現了幾十個引力透鏡系統。取決於和引力透鏡與地球的相對位置，遙遠的星體可以形成多種多樣的圖像。

科學家點解會知道所觀察到的是變大了的星系, 而不是原來星系.

根據變化了的光線在光譜外波段呈現的不規則程度，可以推算發光星系的年齡和距離。
在強透鏡區域一般可以形成多個背景源的像，甚至圓弧（又稱「愛因斯坦環」，Einstein Ring），
而弱透鏡區域則只產生比較小的扭曲。
愛因斯坦環

強透鏡方法通過對愛因斯坦環的曲率和多個像的位置的分析，可以估計測量透鏡天體質量。
弱透鏡方法通過對大量背景源像的統計分析，可以估算大尺度範圍天體質量分布。

引力透鏡已經發展成為觀測天文學的一個重要工具，它被用來探測宇宙間暗物質的存在和分布，並成為了用於觀測遙遠星系的天然望遠鏡，還可對哈柏常數做出獨立的估計。引力透鏡觀測數據的統計結果還對星繫結構演化的研究具有重要意義。

cmomentum

barying 發表於 2012-2-15 06:28
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好多謝 barying 的解釋, 雖然我以前係大學讀 Physics 成日攞 A, 但好多年冇再讀啦, 真係多謝晒 barying 嘅詳細說明. 我以前讀狹義相對論時, 老教授用咗成個 term 時間解釋 4 度空間和E=mc2等嘅關係同當中嘅 Equation, 但當時佢冇講清楚Einstein 係廣義相對論中所講嘅引力可影嚮光線路線, 亦可以扭曲空間, 後來都係睇報紙雜誌等資料學識呢樣野, 所以冇讀過 Einstein  Ring.

多謝你的資料

barying

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引力正是廣義相對論的精神，

學生時代既課程著重方程式函數描述，狹義相對論作為對時空認知與質能關係，確是物理學必修之一環。

然而引力理論對大尺度有著重要的功能，不單只引力透鏡，黑洞與大爆炸都是由此而起。

每當夜幕低垂，
遙望天邊之際，
繁星閃爍閃爍，
讚嘆宇宙之妙。