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发信人: emacs (被淹死的鱼), 信区: Science
标  题: 《新疆域》引力玩弄的花招
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月15日16:00:23 星期六), 站内信件


                       引力玩弄的花招

    有一件事情在1987年初似乎非常激动人心，如今看来却仿佛只是
一种光学上的幻觉。天文学家发现有一些明亮的半圆形光弧环绕着遥
远的星系，它们似乎是人们所曾见过的最长的天体。它们引起了天文
学家的种种猜测。解开这一疑谜则与引力有关。

    早在1916年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）在其广义
相对论中证明，光线在经过某个大质量天体时会稍稍弯曲。假设来自
某个遥远天体的光线，从正好处于该天体与我们之间的某个大质量天
体的四周经过，于是这些光线便从四面八方朝里弯曲，并有可能聚焦
到我们这里。在这种情况下，那个遥远天体就好像被放大了，恰如它
的光线通过了一块放大镜。有鉴于此，引力的这种行为便被称作“引
力透镜”。爱因斯坦预言，这样的引力透镜应该是存在的。

    然而，即使是大质量天体造成的光线弯曲，实际上也微乎其微；
光线要聚集到焦点，就必须旅行很长的距离。这就意味着，起聚焦作
用的那个天体必定非常遥远，而发出光束的那个天体则还要远得多。

    在1916年以及随后的将近半个世纪中，天文学家不知道有什么天
体会远得能造成引力透镜现象。因此，人们认为这种现象仅仅在理论
上是可能的，但几乎不可能在现实中遇见。

    然而，20世纪60年代初期人们发现了“类星体”。它们是一些具
有非常活跃和明亮的中心、并且非常遥远的星系。甚至最近的类星体
距我们也有10亿光年之遥，这比先前所知的任何东西都要远得多。有
些类星体更是远达百亿光年。他们太遥远了，以至于我们能够看到的
只是其小而亮的中心部分，它们看上去就像一颗幽暗而非常遥远的恒
星。

    假定在某个类星体与我们之间偏巧有一个普通星系。这个普通星
系有可能远得只能勉强被我们看见，或者甚至完全看不见，但是它仍
比那个类星体近得多。类星体的光在通往我们这里的途中，从那个普
通星系周围经过，而且抵达我们这里时聚焦不良。在这种情况下，我
们很可能就会看见这个类星体的两个象：在那个普通星系的两侧一边
一个。引力透镜应该产生这种效应。

    1979年，亚利桑那大学的天文学家探测到两个类星体，它们彼此
靠得很近，且其外观、亮度以及它们发射的光的性质都非常相似。它
们会不会是由某个引力透镜形成的同一个星系的两个象呢？如果是的
话，那么在我们与该类星体之间就应该存在着某个普通星系。天文学
家进行搜索，找到一个非常暗的星系。第一例引力透镜就这样被探测
到了。

    很自然地，天文学家们继续搜寻其他事例。他们认为，可能已经
发现7例由引力透镜产生的遭到畸变的类星体象。

    这样，我们就说到环绕着少数遥远星系的亮弧了，它们是1987年
初由斯坦福大学的瓦贝·佩特罗西安（Vabe Petrosian）和亚利桑那
州图森市附近基特峰国立天文台的C·罗杰·林兹（C. Roger Lynds）
发现的。在紫外波段观测，这类弧为数众多，而且看起来像是平滑而
完整的圆；有一个弧长达32.5万光年——比我们的银河系长得多。

    在佩特罗西安和林兹看来，如果一个类星体恰好精确地位于某个
星系的背后，那么所成的象就应该在这个星系的四周均等地出现，因
此呈现为一个圆或者一段圆弧。他们寻找也许处于这些圆弧与我们之
间的暗弱星系，并且在两起事例中找到了这种星系。他们于1987年11
月宣称，这些弧必然是某个引力透镜所致。

    引力透镜可做的事不只是为我们（至少是为大望远镜的拥有者）
提供某种奇观。它们可以帮助我们解决一个难题。多数天文学家认为，
在遥远的将来，宇宙可能会停止膨胀，并转而开始收缩。然而，我们
在宇宙中看见的物质数量，却仅仅是为产生足够的引力拉曳以制止宇
宙膨胀所必需的物质总量的10%。

    归根到底，这是否意味着宇宙的膨胀就不会停顿下来呢？或者，
是否存在某种我们看不见的物质形式，宇宙的90%就由它构成呢？

    好吧，处于我们与那些亮弧之间的星系所拥有的物质，似乎并不
足以使类星体的光线弯曲到造成引力透镜效应。尽管如此，事实上这
些星系却造成了引力透镜效应。结论是：这些星系的质量要比它们乍
看起来大得多，这意味着它们必定拥有我们用通常的方法探测不到的
物质。

    但是这种探测不到的物质又能是什么呢？这个问题称为“短缺质
量之谜”。也许，那些亮弧还能为我们解开这一疑谜提供某些线索呢。


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