什麼是引力透鏡，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡如何利用它？

據New Atlas報道，如果你本周看過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的第一批圖像，你可能已經經常聽到“引力透鏡”這個詞。但是它到底是什麼意思？它又是如何幫助這個新的望遠鏡進行發現的呢？

來自詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的第一張圖片顯示了SMACS 0723星系團的閃亮的星空。這張圖片中發生了很多事情，但是如果凝視時間足夠長，你可能會注意到，一些星系似乎“變形了”，它們的光線被拉長了。然而，這並不是望遠鏡的人為因素–這是現實本身的扭曲，在被拍攝的空間區域內。

引力與質量有着千絲萬縷的聯繫，所以一個天體的質量越大，其引力影響就越大。這種力量是我們能站在地球上的原因，也是讓地球繞着太陽轉的原因。但是它的工作方式比許多人可能意識到的還要奇怪–引力使時空的結構發生了變化。

詹姆斯·韋伯澳大利亞數據中心的首席科學家Themiya Nanayakkara 博士告訴 New Atlas：“假設有一組彼此靠近的大質量星系；即星系團。將會發生的是，因為這裡的集體質量非常大，它將在周圍的空間中產生一個彎曲–當你把一個重球放在床上時，可以在床褥上觀察到類似的效果。因此，當來自背景星系的光線經過這個區域時，它所要走的路徑會被彎曲。這導致背景星系的圖像被拉長。”

這種現象被稱為引力透鏡，其影響在韋伯的新圖像中清晰可見。

ICRAR的天文學家Robin Cook表示：“所有的物質都會在空間產生這些扭曲，包括你和我，但是只有當真正的天文數量的物質作為透鏡存在時，引力透鏡的效果才會明顯，例如，在新的JWST圖像中看到的組合星系團。在這些圖像中，我們看到來自非常遙遠的星系的光線在前景星系團周圍彎曲，形成了令人印象深刻和令人費解的弧線。因為星系團並不是完美的球體，這種現象往往會產生奇怪的特徵，比如同一個星系的鏡像。”

顧名思義，引力透鏡可以放大非常遙遠的天體，包括一些太過遙遠的天體，否則就無法看到。這給了天文學家一個令人難以置信的窺視最遙遠的空間和時間的機會。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織空間與天文學部的 Ray Norris 教授說：“這裡的關鍵特徵是，引力透鏡不僅扭曲了光線，而且還放大了光線，就像一個望遠鏡。因此，如果你用JWST通過引力透鏡觀看遙遠的宇宙，就好像你在JWST上安裝了一個額外的鏡頭，讓你看到比沒有引力透鏡更遙遠的星系。”

而詹姆斯·韋伯太空望遠鏡特別適合於利用這一現象。

澳大利亞國立大學天文學和天體物理學研究學院院長Matthew Colless教授解釋說：“使JWST特別善於利用這一現象的因素與使它擅長許多事情的因素相同：一個在紅外波長下工作的大鏡子。大鏡子有兩個方面的幫助，因為它不僅可以收集更多的光（所以可以看到更暗的東西），而且可以產生更清晰的圖像（所以可以看到更小的東西）。在紅外波長下工作也很有幫助，因為紅移效應意味着宇宙中非常遙遠的天體的光線會沿着光譜從可見光移到紅外線。由於天文學家在引力透鏡的幫助下觀察的目標是微弱的、小的和非常遙遠的，JWST比在可見光波長下工作的較小的望遠鏡，如哈勃，有很大優勢。”

人們可以從詹姆斯·韋伯的空前威力中學到很多東西，結合引力透鏡，它可以讓天文學家研究宇宙在大爆炸后很早的時候的情況。

“JWST已經在對宇宙中形成的第一代星系中的一些星系進行成像，”ARC未來研究員Cathryn Trott教授告訴 New Atlas。“它也有能力拍攝它們的光譜，據此，來自星系的光被分成其組成波長，使天文學家能夠識別個別元素。來自SMACS 0723領域的凝聚星系的光譜已經向我們顯示，在宇宙最初幾億年內形成的星系有氧氣，這種元素只在恆星內產生。這些觀測結果，結合使用低頻射電望遠鏡對原始氫氣的觀測，如默奇森廣域陣列，告訴我們宇宙中第一代恆星是何時形成的，以及星系如何從JWST觀測到的小而結實的星系，演變到今天我們周圍的星系。”

“而且我們還可能通過測量光在引力透鏡周圍的旅行時間的差異來獲得對宇宙膨脹率和年齡的新的精確測量，如爆炸的恆星或閃爍的類星體，”Colless補充說。“因此，我們預計JWST和引力透鏡的結合將成為探索遙遠宇宙的一種異常強大的方式。”