星系团SDSS J1038+4849因引力透镜效应，看起来像是“笑脸猫”。

韦布望远镜拍摄到类星体RX J1131-1231的引力透镜现象，其看起来像一枚钻戒。

韦布望远镜拍摄的首张深场照片，展示了在引力透镜效应下呈弯曲形状的星系。

□梁雷

近日，詹姆斯·韦布太空望远镜将视角对准了类星体RX J1131-1231，拍摄了它的红外图像。照片为人们呈现了引力透镜效应下中心黑洞的旋转，以及被放大的自类星体的光，看上去就像一颗熠熠发光的钻戒。那么，什么是引力透镜效应？引力透镜效应带来了哪些奇妙景象？

眼见不一定为实？

其实，这并不是韦布望远镜第一次拍摄到引力透镜效应。2022年7月21日，韦布望远镜的首张深场照片发布，和哈勃空间望远镜相比，“韦布”揭示了更多人们在“哈勃”上没有注意到的细节。

在照片中，人们能够看到一些弯曲形状的星系，其实这并不是它们的本来面目，而是由于巨大的前景星系扭曲了它们发出的光，改变了它们在人们眼中的形状。这种现象就被称为引力透镜效应。

爱因斯坦在创建广义相对论时就曾预言，从太阳表面附近经过的光线，会由于太阳的引力而弯曲，从而使恒星的像产生移动。1919年，英国天文学家爱丁顿领导了两个日食观测队，分别在巴西和几内亚的两个近海岛上观测了当年5月29日发生的日全食，把日全食时拍摄到的太阳周围星场的照片，与大约半年前夜间拍摄的同一星场的照片相比较，测量出日全食时星光的偏折。这成为广义相对论最有力的观测验证之一。

由此人们确定，遥远光源发出的光线，经过一个大质量天体的附近时，会由于引力而发生偏折。光线偏折的结果可能使观测者看到光源的多重像，还可能使光源的视轮廓及视亮度发生变化，这一现象就是引力透镜效应。产生引力透镜效应的天体称为透镜天体，透镜天体可以是恒星，也可以是星系或者星系团，还可能是宇宙中的暗物质团块或暗晕。

透镜天体的质量大小和质量分布可以是任意的，且光线轨迹是三维空间中的曲线，它可以绕过透镜天体，也可以从其中穿过，这样人们就可能看到光源的两个像或多重像。如果一个点光源恰好位于光轴之上，则该点光源的像将是一个光环，即所谓的爱因斯坦环。

扭曲的神奇景象

根据引力透镜产生的不同作用，可以将其分为强、弱和微引力透镜3种主要类型。强引力透镜是指经过引力透镜后光源的单个像变为多重像，其中最早发现、也最著名的例子是QSO0957+561A和QSO0957+561B。这个光源有两个像，但由于两个像对应的光程不同，它们之间有大约540天的时间延迟。也就是说，在同一时间，人们看到了它在两个不同时间的样子，这为人们研究宇宙的演化提供了新的思路。

弱引力透镜是指透镜的作用没有强到足以产生多重像，但可以引起像的几何形状畸变。星系团Abell2667位于玉夫座，距离人们28亿光年。在哈勃望远镜拍摄的照片中，它作为透镜天体将远在32亿光年处的一个星系畸变成一道蓝弧，后者因此被称为“星系团中的彗星”。

微引力透镜指的是透镜星系中的恒星由于自身运动而趋近背景光源发出的光线，使得光线穿过该星系成像时呈现强度涨落。

强引力透镜可以用来研究星系团核心部分的物质分布，而弱引力透镜可以用来研究星系团远离核心的区域乃至星系团晕的物质分布，并计算出星系团的质量。

根据透镜天体的不同，人们看到的像也将具有不同的特点。如果透镜天体可以看作质点（例如单个恒星），则它一般将产生两个像。而当透镜天体是星系或星系团时，就不能再将其看作质点，因为星系中恒星之间的距离比恒星的直径要大得多，恒星对于光线的遮挡可以忽略不计。光线可能从星系外部或内部经由几条路径到达观测者，观测者将看到不同方向的像，即光源的多重像。

如果光源不是点状的类星体，而是星系或有明显盘状延展的射电源，引力透镜效应会使源的形状和大小发生畸变。例如，一个盘状的光源将被畸变为一条或几条光弧，并且当连线处在特殊情况下，光弧展开后合并，形成爱因斯坦环。

在爱因斯坦环的案例中，位于大熊座的星系团SDSS J1038+4849十分著名，它被称作“笑脸猫”。两只明亮的“大眼睛”是透镜天体，张角9秒，距离地球45亿光年。弧形的“大嘴巴”和“脸部”轮廓是被引力透镜效应畸变的远方星系。蓝色弧是同一星系的畸变象，距离人们约76亿光年。

目前，引力透镜已经成为研究星系、类星体和宇宙学的重要工具。除了暗物质分布外，还能利用“双生子”光信号测量的时间延迟来确定哈勃常数，利用亮度起伏估计类星体的大小，以及宇宙学常数的测定等。

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星系团SDSS J1038+4849因引力透镜效应，看起来像是“笑脸猫”。

韦布望远镜拍摄到类星体RX J1131-1231的引力透镜现象，其看起来像一枚钻戒。

韦布望远镜拍摄的首张深场照片，展示了在引力透镜效应下呈弯曲形状的星系。