科学家发现迄今最大爱因斯坦十字星，它位于罕见的“银河旋转木马”中

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Space.com：科学家发现迄今最大爱因斯坦十字星，它位于罕见的“银河旋转木马”中

天文学家发现了七个遥远的星系与一个星系团对齐，形成了有史以来最独特的星系排列之一。

这些扭曲拉伸的星系构成了最大的“爱因斯坦十字星”，该现象源于广义相对论的引力透镜效应，即由于引力的作用，同一个星系在图像中重复出现。

这些新发现的强透镜星系被统称为“旋转木马透镜”（Carousel Lens）。由于距离地球更近的星系团，距离约五十亿光年的影响，这些星系在“旋转木马透镜”中呈现出拉伸和旋转的形态。

这一发现有助于解决宇宙学中一些最紧迫的谜题，首当其冲的是暗能量和暗物质的本质。暗能量是一种加速宇宙膨胀的不可见力量，暗物质则占据了宇宙中80%的物质。

这七个独特的星系距离地球约76亿至120亿光年，接近138亿年宇宙的观测极限。即使使用最先进的望远镜，我们也无法看到更远的区域，因为该区域正以过快的速度远离我们。

在“旋转木马透镜”中，多个星系在不同位置重复出现，尤其引起天文学家兴趣的是一个由同一星系的四次重复图像（标记为4a、4b、4c和4d）形成的爱因斯坦十字星。

团队成员、伯克利实验室物理学部高级科学家施莱格尔（David Schlegel）在声明中说道，“这是一次极为幸运的‘银河排列’，多个星系在视线方向上跨越了大部分可观测宇宙而排列在一起。找到一个这样的排列就像在大海捞针，而找到所有这些就像是八根针恰好排成一列。”

这些星系排列展示了引力透镜这一引人入胜的物理现象的复杂性，这一现象最早由阿尔伯特·爱因斯坦于1915年提出。

引力透镜的扭曲物理学

引力透镜这一概念源于爱因斯坦最具革命性的理论，广义相对论。该理论也被称为“几何引力理论”，它取代了牛顿的引力理论。

广义相对论认为，质量的存在会使时空这块“布料”发生弯曲，而时空是一个四维实体，称为“时空”。

一个常用的类比是将不同质量的球放在拉伸的橡皮布上。在这个二维类比中，高尔夫球比乒乓球造成更大的弯曲，保龄球比高尔夫球造成更大的弯曲，而炮弹则造成极大的弯曲。

在时空中，引力由这种弯曲产生。因此，质量越大的物体引力越强，行星的引力比卫星强，恒星的引力比行星强，黑洞的引力则比这三者都强。

这不仅解释了天体围绕更大质量物体的轨道，还揭示了光如何受到时空弯曲的影响。

尽管光通常沿直线传播，但时空布料的弯曲改变了直线的定义。

可以想象在纸上画一条直线，然后将这张纸翻转，旋转，这时的“直线”也发生了变化。

这意味着，当像星系团这样的大质量天体位于地球与背景光源之间时，它就像一个引力透镜，改变了背景天体在天空中的表观位置。而且，来自同一物体的光可以通过不同路径到达地球。这种路径的变化可能导致图像出现不同位置的同一物体，这些图像排列成圆形时被称为爱因斯坦环。如果满足特定条件，爱因斯坦环可以被称为爱因斯坦十字星，就像我们在“旋转木马透镜”中看到的那样。

在极少数情况下，近乎完美的物体排列会导致强引力透镜现象。

来自暗能量光谱仪（DESI）遗产成像调查和最近NASA哈勃太空望远镜的观测揭示了这种旋转木马透镜的存在。

团队成员、伯克利实验室超新星宇宙学项目的研究员Xiaosheng Huang在声明中说道，我们的团队一直在寻找强透镜系统，并对最有价值的系统进行建模。

旋转木马透镜是七个星系与前景透镜几乎完美对齐的一个不可思议的排列。通过透镜的多次图像形成了大约同心的圆形图案，类似旋转木马。

他说，这是一个前所未有的发现，生成的计算模型显示出极大的潜力，可以测量宇宙的性质，包括暗物质和暗能量。

旋转木马透镜的强度以及利用国家能源研究科学计算中心（NERSC）的珀尔穆特超级计算机创建的模型有助于研究暗能量和暗物质，这两者有时被统称为“暗宇宙”。

伯克利实验室物理学部主任帕朗克-德拉布鲁伊（Nathalie Palanque-Delabrouille）在声明中表示，“这是一个极为罕见的排列，单凭它本身就可以为宇宙学研究提供测试平台。它还展示了DESI的成像如何可以用于其他科学应用，例如探索暗物质的奥秘以及由暗能量驱动的宇宙加速膨胀。”

该团队的研究已发表在《天体物理学杂志》上。











来源：

https://www.space.com/einstein-cross-largest-ever-seen

By Robert Lea published 13 hours ago
"Finding one such alignment is a needle in the haystack. Finding all of these is like eight needles precisely lined up inside that haystack."

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本文要点：

1. 天文学家发现一个独特的星系排列，称为“旋转木马透镜”，其中包含迄今最大“爱因斯坦十字星”。

2. 旋转木马透镜的强大引力透镜效应展示了爱因斯坦广义相对论中引力弯曲光线的现象。

3. 这一发现为暗能量和暗物质的研究提供了新的工具，有助于解决宇宙学中的重大谜题。

4. 旋转木马透镜由七个星系组成，这些星系距离地球76亿至120亿光年。

5. 通过国家能源研究科学计算中心的超级计算机，研究人员为这一现象创建了精确模型，进一步研究宇宙的暗能量和暗物质。

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