2006年,人们又观测到了8个新的爱因斯坦环(见彩图C.1),从而大大丰富了我们有关奇异引力透镜现象的收藏。这一成果得益于两个大型天文观测项目的通力合作。其中,斯隆数字天空勘测计划(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)从它已经收录的数百万个星系、类星体和恒星中,通过精细的数据图像分析,确定了透镜的候选者;而哈勃太空望远镜则利用它敏锐的眼睛再次进行观测。在哈勃望远镜的照片中所发现的靶状图像就是爱因斯坦环——一种由时空弯曲产生的光学错觉。
在这些图片中,靶图中心明亮可见的大型椭圆形橙黄色光斑,是距地球200万至400万光年引发透镜效果的椭圆形星系。包围星系的青蓝色光环实际上是另一个星系,它位于第一个星系的正后方距我们两倍远的位置上。如果前面的星系不存在,那么后面的星系就会表现为更小一些的蓝色模糊光斑。
这种对原始图像的奇异扭曲,展示了时空弯曲的一个特殊效果——当我们在时空中加入凹陷时,光线从A点到达B点将有多条路线可以选择。与之形成鲜明对比的是,在平坦的空间里(真空),沿一定方向出发的光必将保持原路前进,且在两点间只有一条路线。
但在弯曲的时空中,同一个类星体或星系发出的光,即使沿两个(或更多)不同的方向出发,也可以按照弯曲的道路前进,最终到达同一个地点。除此之外,引力透镜还具有另一个非常奇异的特征。事实上,一般光学透镜的设计重点在于尽可能地忠实再现物体的影像,因此它们大多具有一个特定的焦点。但是,引力透镜的每个部分却可能拥有各自的焦点。透镜将按照光线入射的具体部位(和入射的角度),来确定它们被折射的方向。而我们在地球上某一特定位置所看到的影像,就是所有(且只能是)那些被偏转到我们面前的光线。
环的产生过程。在没有透镜干预时,从遥远星系出发的光将沿一条直线前进。而当星系前有透镜出现时,光线将以镜头为中心沿弯曲的路线传播。但这样的弯曲路径显然不止一条。由透镜左半边折射的光线将偏离它的原始路径向地球进发,而以相同碰撞参数从右边入射透镜的光线也会沿对称的路线到达地球。入射透镜上方和下方的光线也同样如此。事实上,由于在空间中没有上下左右之分,上面的陈述有点含糊——但这确实是我们能看到光环的原因。从远方星系出发的光线,可以从环上的任何方向通过透镜到达地球。
