首次發現的“愛因斯坦曲折線”。一個遙遠的類星體由于被引力透鏡作用了兩次而出現了6個像，而光線在制造這6個幻像的過程中走了一條極其曲折的路線。Dux / JWST

在韋伯太空望遠鏡的幫助下，天文學家首次觀測到了一種以前只存在于理論上的現象——“愛因斯坦曲折線（Einstein zig-zag）”。來自遙遠天體的光在到達望遠鏡傳感器的過程中，穿越了兩處被扭曲的時空，同一個類星體的像出現了6次，而光線在制造這6個幻像的過程中走了一條極其曲折的路線。科學家希望通過研究這個奇特的現象，解開一個近年來一直困擾著人們的謎。

這6個像并不是一次性被發現的。2018年，天文學家在距離地球數十億光年的宇宙中發現了4個相同的明亮光點。這組后來被編號為J1721+8842的光點是同一個類星體的4個鏡像，是引力透鏡的產物。

引力透鏡是由于遙遠天體的光在傳遞到地球附近的過程中，恰巧由于穿越了被大質量天體扭曲的時空而發生彎曲所導致的。引力透鏡效應不但能夠復制原始光源，圍繞著充當透鏡的天體在觀察者眼中形成多個虛像，還能夠導致原始影像扭曲變形。在條件恰到好處的情況下，引力透鏡效應甚至會圍繞著充當透鏡的前景天體制造出一個奇特的光環。這個光環就是愛因斯坦1915年根據廣義相對論預言的“愛因斯坦環”。

韋伯望遠鏡2023年拍到的一個“愛因斯坦環”。這個環距離地球約210億光年，是迄今發現距地球最遠的引力透鏡現象。JWST

2018年科學家首次發現了這4個光點，而到了2022年，研究人員發現J1721+8842旁邊還有兩個新的光點，甚至還有一個昏暗的光環。因為新發現的2個光點比起初4個要暗，所以研究人員一開始還以為那里有2個類星體，形成了一對雙類星體，并且這對雙類星體的影像被引力透鏡效應復制成了3份。

但是最新的研究結果表明，所有6個光點實際上都屬于同一個類星體。后發現的亮點是被距離第一個大質量天體很遠的另一個大質量天體，及其產生的引力透鏡效應二次復制出來的。這也是新照片中有一個昏暗愛因斯坦環的原因。

在對所有亮點的光曲線進行了為時2年的觀測之后，研究人員發現最昏暗的兩個光點影像在呈現時間上要稍晚于其他光點，表明形成這兩個光點的光在宇宙中穿越了更長的距離。這可能是因為形成這兩個影像的光在從第一個透鏡天體走向第二個透鏡天體時，走到了相反的方向。也就是說，從第一個透鏡天體左側穿越的光，在經過第二個透鏡天體身旁時，出現在了它的右側。

研究人員稱這一奇特的現象為“愛因斯坦曲折線”，是因為這些被引力透鏡效應作用了兩次的光在太空中行進的路線呈往復曲折的鋸齒狀。

引力透鏡天體是天文學家的無價之寶，因為背景天體光線的彎曲程度，能夠反映充當透鏡天體的質量，而相關數據，可以幫助人們對暗物質和暗能量進行研究。

近年來人們吃驚地發現，宇宙不同部分的膨脹速度不一樣。這一發現甚至威脅到了宇宙學的根基。研究人員認為這次發現的“愛因斯坦曲折線”，或許能夠平息這場危機。因為其獨特的布局，能夠讓天文學家同時對哈勃常數和暗能量進行精確的測量，能夠告訴我們宇宙的膨脹速度是否真的符合宇宙學模型的預言。但距離答案揭曉可能還需要一年以上的時間。

韋伯望遠鏡拍攝的星系團PLCK G165.7+67.0。畫面中充滿了大量被引力透鏡效應扭曲了的遙遠星系、類星體和超新星。JWST

參考
First known double gravitational lens could shed light on universe’s expansion
https://www.science.org/content/article/first-known-double-gravitational-lens-could-shed-light-universe-s-expansion
J1721+8842: The first Einstein zig-zag lens
https://arxiv.org/abs/2411.04177