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通常,在描述相对论和许多宇宙现象时,人们可以看到爱因斯坦十字一词,但对许多人来说,它是什么以及这种现象从何而来仍然是一个谜。
如果您看下面的照片,乍一看似乎它所描绘的星系有四个核,但事实并非如此。事实上,这就是类星体Q2237+0305,它的光线在经过星系ZW2237+030的中心部分时,由于一种被称为“引力透镜”的效应而发生弯曲,形成了几张类星体的图像。但这个效果是什么呢?让我们一起来想办法吧。



爱因斯坦的十字架
曲率从何而来?
爱因斯坦的广义相对论是对引力的现代描述。爱因斯坦将万有引力描述为由于时空弯曲而产生的加速度,而不是力。广义相对论的基本思想是存在一个我们无法直接观察到的额外维度。任何具有质量的物体,例如地球,都会弯曲其下方的时空,导致其在这个看不见的额外维度中弯曲。

因此,物体在围绕公共质心的轨道上运动不受重力的影响,但它们在圆形轨道上运动,因为它们是测地线——弯曲空间中最接近直线的类似物。在这种情况下,测地线被定义为多维空间中两点之间的最短距离。
重力透镜
牛顿的经典引力理论表明,光不会受到引力的影响,因为光子是无质量的粒子。爱因斯坦理论的一个关键预测是,光也会沿着大质量物体周围的弯曲路径运动,这意味着它会受到重力的影响。这一理论的证实之一是对太阳盘边缘恒星位置的观测。如果光实际上沿着太阳附近的弯曲路径行进,我们会将其视为恒星位置的变化,并且这种变化确实在实践中被观察到,并且其大小与理论预测相符。

同样,来自遥远类星体的光在经过星系附近时也会发生弯曲。我们和类星体之间的星系就像一个透镜,折射光线并产生类星体的多个图像。随着类星体和折射星系的成功定位,正好形成了四个图像,尽管不完全正确,但它们被称为爱因斯坦十字。
其他物体的引力透镜效应
1987 年,麻省理工学院的科学家首次观察到引力透镜效应。从那时起,天文学家已经发现了数百个类似的物体。

新爱因斯坦十字 - J2211-3050
于是在2014年,哈勃太空望远镜记录了另一个十字——雷夫斯达尔超新星爆炸。科学家预测它会再次出现,并于2015年再次出现,但出现在银河系的不同区域。2019 年 3 月,意大利科学家团队利用光谱学表明,这个名为 J2211-0350 的物体也是爱因斯坦十字。
严格来说,其实爱因斯坦十字并不是所有类似天体的统称,虽然它们经常被这样称呼,而是一个特定的类星体Q2237+0305,它位于飞马座。通过望远镜肉眼观察十字星是非常困难的,因为它的视星等只有16.78;要看到它需要口径超过半米的望远镜。
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