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综述

你相信宇宙就是一个无限轮回的整体吗?小到地球、大到整个星系,在宇宙广袤的空间中都能找到对应之物。

起初大家对该说法始终报以怀疑的态度,直到2013年美国天文学家蒂莫西·汉米尔通过哈勃望远镜拍到了两个极度相似的星系,这才让人接受了“轮回”的说法。

因为蒂莫西·汉米尔拍到的相似星系并不是偶然,在距离地球50亿光年的地方,哈勃望远镜还拍到了爱因斯坦十字!

在此之前我们简直不敢想象这种星际景观真的存在,看来宇宙中还有数不尽的秘密等待着人类去挖掘。

距离地球50亿光年,哈勃拍到爱因斯坦十字!无法想象其真的存在

预言家爱因斯坦

熟悉物理学的人,想必没人会不知道鼎鼎大名的天才爱因斯坦。由于爱因斯坦在物理领域纵深的极为透彻,以至于他对某些物理观点的认知已经不能用“论证”来概括,而是该用“预言”来总结。

他就像是一个出色的预言家,在其死后近半个世纪内,他的诸多物理理论才被一一证实。

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而所谓的爱因斯坦十字,指的是爱因斯坦当年在撰写广义相对论时提到的一种“引力透镜效应”,他推测距离地球50亿光年外的飞马座星系和距离它较远的类星体组成了一个四重影像,该影像足以证明星系之间可能具有很多相似之处。

可是以当时的拍摄条件来说,根本没有天文望远镜能清楚观测到飞马座星系,更不要说周边围绕着和飞马座类似的星团了。但爱因斯坦预测到了这种星际奇观的存在,直到2014年11月,经历了半世纪的时间终于有人证实了它的存在。

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宇宙版“海市蜃楼”?

那是一位从事天文分析工作的天文学家在整理哈勃望远镜收集的图片时意外发现的。

从照片上看,位于天龙座星系团中出现五个蓝色光斑,中间的光斑体型最大,剩下四个光斑像是在围着它做排列组合。这种组合从外观上来看像个十字架,因此也被人称为爱因斯坦十字。

爱因斯坦十字的出现证明了爱因斯坦在《广义相对论》中提到的“引力透镜效应”。举个最简单的例子来说:你认为围绕着那颗最大光斑周围的4个光斑是什么?是主星系的附属星系,还是直径更小的独立星系?

其实都不是,它们就是最大光斑的投影!或者说它们就是主星系本身。我们一直怀疑宇宙中可能存在一模一样的星系,这种可能确实存在;但更多的我们看到的一模一样的星系,很可能是主星系在宇宙中的投影,就像“海市蜃楼”一样。

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引力透镜

爱因斯坦在《广义相对论》中指出:光线在引力场中会发生明显的偏折现象,这意味着当背景光源的光发出去后,如果前面有黑洞或者星系团的存在,那么黑洞强大的引力就会让光线汇聚并且弯曲。爱因斯坦十字正是这一理论下的产物。

我们通过哈勃望远镜看到5个光斑,实际上都是主星系团光线受引力场弯曲之后形成的投影,这些投影都不是真的。

“引力透镜效应”最开始并不被主流物理认可,因为这实在是太不可思议了,让人很难去验证真伪。

距离地球50亿光年,哈勃拍到爱因斯坦十字!无法想象其真的存在就像是地球上的东西通过太阳光的照射能投下不同方向的影子,宇宙中某些主星系通过黑洞或者其他超星系团就能实现引力透镜效应,从而在可观测宇宙中制造多重分身。

这在爱因斯坦眼中至少可以起到两层作用:一是通过爱因斯坦十字定点黑洞的存在;二是将宇宙本身视为一个放大镜,这样就能轻而易举观测到引力场大的星系团。

距离地球50亿光年,哈勃拍到爱因斯坦十字!无法想象其真的存在那“引力透镜效应”是如何充当“放大镜”呢?

我们都知道,宇宙中很多天体本身不发光,越是距离地球远,越是显得光芒暗淡。这时候如果用传统天文望远镜去捕捉这些星体,但如果利用引力透镜的话,一切都变得容易了。

因为从宇宙的角度来看,恒星数量漫无边际;科学家在记录恒星的位置后,可以测量其引力场,从引力场中推测更远处恒星的具体模样。

距离地球50亿光年,哈勃拍到爱因斯坦十字!无法想象其真的存在实际上,各国早在20世纪时就联手启动了一项天文实验,在科学家合作20多年的研究中,已经研发了最新的第三代宽视场照相机,配合哈勃望远镜的使用,能够观测到红移8-10处一些最明亮的星系。

这相当于捕捉到了650-480万年前早期宇宙的图景。

如果科学家能够继续深化对引力透镜的使用,说不定可以解释银河系这样的宇宙结构在早期是如何形成的。

距离地球50亿光年,哈勃拍到爱因斯坦十字!无法想象其真的存在再者,引力透镜的广泛使用也让科学家看到了暗物质的分布线索。

在多种情况下,天文望远镜在引力透镜理论下能产生同一类星体的多种图像;科学家通过测量该星体不同图像中的亮度差别,就能解析星体内部物质分布的线索。星体亮度可以揭示暗物质和普通物质的分布情况,关键是如何捕捉到这些亮度变化。

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结语

很多时候我们不得不称赞爱因斯坦对人类文明的伟大之处,他提出的超前物理理论几乎为人类探索宇宙划定了框架;后人无非是对他的理论做进一步验证,而后承认该理论的合理性而已。就像爱因斯坦十字中体现的引力透镜理论一样,如果人类能够将其掌握,那在探索宇宙的过程中一定会更进一步,取得更多惊人成果。

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7088984898249343524

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