在发现了这样一个罕见的“双类星体”之后,望远镜这头的天文学家丹尼斯·沃尔什(Dennis Walsh)和鲍勃·卡斯韦尔(Bob Carswell),立即叫来他们的同事雷·韦曼(Ray Weymann)来共同研究这个古怪的天文现象。他们很快发现,这两个类星体的光谱结构完全相同。这意味着0957+561实际上并不是一个双类星体,而是单个类星体的双重影像——一种由于中途星系(当初还未被发现)的透镜行为所产生的影像复制现象。12见图4—3。
兹维基是正确的——星系确实是出色的引力透镜。而他也同样正确
的预见到,这种透镜在产生漂亮的图片之外,还有更广泛和深刻的作用。
引力透镜
由物体质量引起的光线偏折,是一种真正意义上的透镜效应。通过它我们可以扫描天空并寻找暗物质和暗能量存在的迹象。引力透镜有可能成为探索宇宙不可见成分的关键一环,并由此引起一场新的科技革命。这是一种前所未有的强大望远镜——爱因斯坦望远镜。
爱因斯坦望远镜的核心部分就是镜头,它可以简单到一个大型物体,如恒星或黑洞,也可以复杂到一个星系,并依靠多个镜头的组合产生艳丽奇幻、千变万化的图像。但它们的基本原理是相同的:由质量的具体分布确定时空透镜,并使光线发生相应的偏转。镜头的几何特征——形状和大小——决定了对通行光线的影响。
如果我们知道透镜的细节——即由物质或能量分布引起的精确时空曲率——就可以预见光线行进的路线。在用广义相对论对日食观测数据进行理论预言时,爱因斯坦用已知的太阳质量,计算了从一个遥远恒星发出的光线在经过太阳边缘时会沿着什么样的路线传播。
但是,在大多数情况下我们关心的正是透镜本身。引力透镜作为一种宇宙学的研究工具,其能力在于它只对质量敏感——无所谓暗物质还是常规物质。无论是发出强光的物质,还是几乎不发光甚至完会黑暗的物质,其效果都是单一且相同的。物质的数量——即质量——和它的分布是唯一能决定透镜几何特征的因素。因此,爱因斯坦望远镜所赋予我们的,是一种描述宇宙中质量成分的能力。
