问伊桑:为什么引力透镜会形成十字形,而不是环形?
引力透镜现象发生在前景质量体与背景光源精确对齐时。爱因斯坦环较为罕见,而十字形引力透镜则相对常见。
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这张哈勃望远镜图像展示了位于波江座的引力透镜系统HE04351223,它是迄今发现的最优异的透镜类类星体之一。与爱因斯坦环不同,背景类星体的光更常被弯曲为四条独立的光路,从而形成爱因斯坦十字结构,而非环状形态。 来源:欧洲航天局哈勃望远镜、美国国家航空航天局、须羽等人
当我们仰望宇宙时,所见的星系并非存在于平坦、空旷且无曲率的空间中,而是存在于我们这个弯曲且不断膨胀的宇宙之中。 当我们朝向大质量天体聚集的方向观测——例如星系、类星体或星系团——这些集中质量所产生的引力会使来自所有背景天体的光线发生弯曲与扭曲,从而起到引力透镜的作用。 尽管引力透镜现象较为普遍,但被称为爱因斯坦环的特殊构型却极为罕见,目前已知的实例极少。相比之下,呈现为四重像的爱因斯坦十字则更为常见。然而,其成因何在?
广义相对论中引力最令人惊叹的特性之一,是质量——无论其在何处聚集——都具有弯曲时空结构本身的能力。这一特性引发了一系列关键效应:
其他附近的物体,从气体到星系,都会被吸引并拉向这些巨大的团块; 所有运动中的粒子,包括无质量的粒子,在经过该区域时都会受到引力吸引; 背景天体发出的光在穿过这片弯曲空间时,会被偏折、弯曲、放大和扭曲。
最后一种效应被称为引力透镜效应,它在