时空中的幻影

时空中的幻影

正如我们在第2章中所见，时空的弯曲第一次被观察到是在1919年的日全食时：由于光线的弯曲，一颗恒星的影像在天穹上移动了位置。1930年代，爱因斯坦计算出一个相似的效应：来自非常遥远的天体的光可能因同一条直线上、离我们更近的星系（或星团）而产生偏转。结果是振奋人心的：前景天体产生的弯曲能够放大远处天体的影像，正如望远镜的镜片一样！我们将这种前景大质量天体的结构称为“引力透镜”。

这还没完：引力透镜也可以使远方天体的影像变形和增强。我们于是可以观察到一种“多重天空幻影”：天体位移和变形了的影像，原天体的光在到达我们所在的位置以前被透镜偏转，经历了不同的路径……

第一个引力透镜于1979年发现。这是一个类星体（quasar）的重复影像，该天体非常明亮，距离我们有几十亿光年的距离。1987年以来，天文学家们观察到了许多“引力弧”。这是许多遥远星系的影像，因为更近处的大质量星团而变形。有时，这些影像分布在透镜周围的一圈上并形成一个“引力环”。

图18：引力透镜

对于所有这些效应的观测以令人震惊的方式确认了广义相对论……但引力透镜的作用并不止于此！一方面，它们引起的放大使我们能够研究远处的天体，没有它们，这些遥远的天体则达不到能够被观测到的亮度。另一方面，对于所产生效应的分析——影像的放大、变形、倍减——为我们提供了有关引力透镜本身情况的信息：它的大小、形状、质量……甚至其内部质量分布的情况，即便这涉及不可见物质！这使得天文学家们能够建立一张真正的透镜物质“图表”，包括其不可见的组成部分。这些结果似乎确认了宇宙中的大部分质量是以不可见的形态存在，一种我们还不了解的“暗物质”……

在离我们更近的地方，每个近处的大质量致密天体，都会制造出时空局部的弯曲，它们微弱，但足够扮演微透镜（microlentille）的角色，以可察觉的方式微弱放大从后方经过的恒星的光。这一效应很难探测到，却可以用于发现这样不可见的大质量天体——如果它们在我们身边，在我们银河系的环境里。几年前，天文学家们认为那个神秘的暗物质可能是由这类天体形成，例如不太亮的小恒星或行星。他们将之称为晕内大质量致密天体（MACHOs，MAssive Compact Halo Objects）。最终，借助微透镜效应的多个观测行动显示它们最多只能组成银河系中（不发光的）“隐藏质量”的很小一部分。神秘仍在！