引力透镜效应

引力透镜效应就是当光在星系、星系团及黑洞等具有巨大引力的天体附近经过时，会像通过凸透镜一样发生弯曲。根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度，可以推算发光星系的年龄和距离。

简介

引力透镜效应造成的爱因斯坦十字

根据广义相对论，引力透镜效应就是当背景光源发出的光在引力场（比如星系、星系团及黑洞）附近经过时，光线会像通过透镜一样发生弯曲。光线弯曲的程度主要取决于引力场的强弱。分析背景光源的扭曲，可以帮助研究中间做为“透镜”的引力场的性质。根据强弱的不同，引力透镜现象可以分为强引力透镜效应和弱引力透镜效应。

一般从数学上来讲，面质量密度（κ）大于1的为强引力透镜区域，小于1的为弱引力透镜区域。在强透镜区域一般可以形成多个背景源的像，甚至圆弧（又称“爱因斯坦环”，Einstein Ring），而弱透镜区域则只产生比较小的扭曲。强透镜方法通过对爱因斯坦环的曲率和多个像的位置的分析，可以估计测量透镜天体质量。弱透镜方法通过对大量背景源像的统计分析，可以估算大尺度范围天体质量分布，并被认为是现在宇宙学中最好的测量暗物质的方法。

发现

1979年，天文学家观测到类星体Q0597+561发出的光在它前方的一个星系的引力作用下弯曲，形成了一个一模一样的类星体的像。这是第一次观察到引力透镜效应。

证明理论

引力透镜效应

引力透镜效应是爱因斯坦广义相对论所预言的一种现象，由于时空在大质量天体附近会发生畸变，使光线在大质量天体附近发生弯曲（光线沿弯曲空间的短程线传播）。对引力透镜效应的观测证明爱因斯坦的广义相对论确实是引力的正确描述。

在有些情况下，起引力透镜作用的天体是一个星系，它对光的弯曲作用能产生类星体或其他星系等更遥远天体的多重像。有些天文学家认为，多达2/3的已知类星体可能由于引力透镜效应而增加了亮度。研究引力透镜对遥远类星体光线的影响，有助于解决关于宇宙年龄和宇宙当前膨胀速率的争论。

当银河系中一个暗天体正好在一较远恒星（如麦哲伦云中的一颗恒星）前经过，使得它的像短暂增亮，就是较小规模的引力透镜效应。单个恒星造成的这种引力透镜有时叫做“微透镜（Microlensing）”。1993年，天文学家利用微透镜效应观测到银河系中存在一种暗物质（dark matter），称做 MACHOs（massive compact halo objects，致密暗天体）。

应用

由多国科学家共同完成的一项研究成果表明，利用引力透镜效应这一“宇宙放大镜”，借助功能更为强大的天文望远镜，天文学家有可能观测到宇宙中最早和最遥远的星系。

科学家们研究认为，利用这一原理，用新型第三代宽视场照相机、哈勃望远镜能够观测到在红移8－10处一些最明亮的星系，相当于年龄在650万至480万年间的早期宇宙。预计于2014年发射升空的詹姆斯－韦伯空间望远镜不仅能观测到相同红移处更多较暗弱的星系，还能观测到红移更高的星系。下一代大型望远镜计划，例如中国正在参与初期建设的国际三十米望远镜项目，有望使科学家们可以更好地了解这些遥远星系的星族特征及内部动力学过程。

科学家们提出，对遥远星系流量的测量和计数，很可能会由于前景星系的放大效应而被显著扭曲。在处理未来的巡天数据时这将是一个关键的考虑因素。沿着这条路，下一代望远镜将有可能为人类提供更精细的图片，来解释诸如宇宙诞生初期银河这样的结构如何形成的问题。