 周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏 周三 · 风月同天 | 周四 · 观测指南 周五 · 深空探测 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 太空探索 作者：Robert Lea 翻译：周奕宏 校对：牧夫天文校对组 编排：喻思敏 后台：李子琦 原文链接：https://www.space.com/james-webb-space-telescope-images-distorted-galaxies-gravitational-lensing-explained  这张韦布空间望远镜深空场展示了迄今为止发现的最早、最遥远的一些星系。 图片来源：NASA、ESA、CSA和STScI 2022年7月，韦布空间望远镜（JWST）——人类迄今为止发射到太空的最强大的望远镜——发布了它的第一张照片，一张包含数千个星系的深空图像，其中许多星系看起来就像在宇宙早期时期一样。但许多人没有想到的是，有些星系的扭曲变形超乎寻常。 这些萨尔瓦多·达利式的星系看起来像融化的太妃糖一样，但这并不是它们在太空中的真实面貌，而是在韦布空间望远镜图像中的一种错觉。这些图像的另一大特点是一些星系会在同一图像中出现多次，例如拍摄RX J2129巨型星系团的图像。同样，这也是一种错觉；这些星系实际上并不是双胞胎。 这怎么可能呢？韦布空间望远镜图像中这两个特点都是引力透镜效应的结果。阿尔伯特·爱因斯坦100多年前首次预测了这种现象，引力透镜就像一面“放大镜”一样，它已成为天文学家的重要工具。这些扭曲和重复的星系都是被引力透镜影响的示例。  这张韦布空间望远镜于2023年3月28日发布的图片中，引力透镜放大了遥远的宇宙海马星系。 图片来源：ESA/Webb、NASA和CSA，J. Rigby 引力透镜效应由爱因斯坦广义相对论预测，该理论认为引力是具有质量的物体对时空结构产生的影响所导致的，时空结构被视为一个单一实体，称为时空。 可以想象一下一张被拉伸的橡胶布，在上面放置着各种质量的球体。球体的质量越大，它对于这块布所造成的弯曲就越严重。同样，质量巨大的物体在时空结构中的存在也是如此：质量越大，物体对时空结构的弯曲就越大，例如星系和星系团等物体会导致时空结构的极度弯曲。当来自背景物体（例如恒星或星系）的光线穿过这个弯曲的时空时，这种效应就变得非常有趣了。  这是一张描绘两个星系因引力扭曲时空结构的插图。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 光线沿直线传播，但当光线通过弯曲的时空结构时，其路径就会发生弯曲。因为物质对时空的弯曲效应，远处的光线被“弯曲”，所以当光线到达地球时，背景物体会出现在天空中不同的位置。 在极度弯曲的情况下，也就是当地球和光源之间的物体质量巨大时，光线将沿着不同的路径绕过物体，这些路径的弯曲程度不同。这就会改变光线到达我们的路径长度和到达时间。这意味着一个被引力透镜作用的物体可能会在单次曝光中出现在多个点上。这会导致一些有趣的形状，如十字架，或在具有完美对称性的透镜作用中，形成一个光环，称为“爱因斯坦环”，其中所有重复出现的物体都是同一个物体。  这张图片描绘了引力透镜现象的过程。 图片来源：NASA、ESA和L. Calçada 据欧洲空间局（ESA）的资料介绍，星系团的形状十分“杂乱”，其质量分布缺乏中心对称性，因此当它们充当中介或透镜物体时，引力透镜效应并不完美。这导致背景上的透镜物体会呈弧形扭曲，围绕透镜星系团呈现出明显的扭曲变形，就像在韦布空间望远镜深空图像中看到的那样。 然而，这些透镜物体不仅仅是视觉上的奇观。引力透镜现象在天文学中有多种用途。 引力透镜不仅会扭曲背景上物体的光线，而且还会汇聚增强这些光线，比如极远处早期星系等极微弱的光线。因此，引力透镜现象对早期宇宙的研究至关重要。 此外，当光线穿过透镜物体时形成的图案可以揭示透镜物体的很多信息，比如充当透镜物体的星系团和星系中物质的分布情况。 责任编辑：杨欣冉 牧夫新媒体编辑部 ————— END ————— 『天文湿刻』 牧夫出品 微信公众号：astronomycn  NGC 1333：英仙座的恒星育婴室 影像提供: 科学 – NASA, ESA, STScI, 影像处理 – Varun Bajaj (STScI), Joseph DePasquale (STScI), Jennifer Mack (STScI) 谢谢阅读  |
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