什么是引力透镜效应？

　　引力透镜效应(英文gravitational lens effect)是著名科学家阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论所预言的一种十分特殊而重要的现象。简单地说，就是大质量天体（如黑洞、星系、星系团）周围的空间会发生畸变，使得其背后的天体（如星系）发出的光，在经过该大质量天体附近时会发生弯曲，然后再会聚到观测者的眼中。因此观测者看到的是发生了畸变的一个或多个图像。这种效应类似于透镜对光线的折射作用，故名引力透镜效应。

　　引力透镜效应通常分为两种：一种是能使天体发出的光强烈偏转的强引力透镜效应；另一种是对光的偏转能力较弱的弱引力透镜效应。强引力透镜效应能够明显地改变天体的图像，形成双重像、多重像或者弧形的像，具有较强的增亮效应，可用于研究较远、较暗的星系。弱引力透镜效应一般不会明显地形成虚像，而会使天体的图像变亮，从而使可观测的天体增多。

　　引力透镜效应也是天体物理中最重要的研究手段之一，在宇宙学暗物质、暗能量、大尺度上的引力和系外行星探测上都发挥着巨大作用。引力透镜效应还可以用于暗物质的研究。通过哈勃空间望远镜、詹姆斯·韦布空间望远镜等来研究宇宙中暗物质三维分布的COSMOS（Cosmic Evolution Survey，宇宙演化测量）项目，利用的就是弱引力透镜效应。

　　从不同距离上数十万个星系的引力透镜效应观测结果中，分析来自不同星系的光线的偏转，就能知道引力源的分布。引力源多的地方就有暗物质存在，也就是说，可以认为引力源的分布就是暗物质的分布。如此，利用引力透镜效应就能重建出暗物质的空间分布图像。因为引力透镜效应可以直观地让人们看到时空弯曲的真相，让这个无影无踪的时空弯曲现了形。

　　对于强引力透镜效应，遥远星系的光被星系团强大的引力场弯曲，星系的像分裂成两个，呈细长而弯曲的大弧形状。对于弱引力透镜效应，散布在背景上的星系或星系群受到相对较弱的引力源的影响，光线发生偏折。这种情况下，星系的像不如强引力透镜效应扭曲得那么厉害。在引力源周围可见多个星系时，可以判断它们扭曲的方向就是引力源的方向。

　　日前，英国天文学家詹姆斯·南丁格尔领导的研究团队借助引力透镜效应，观察到可能是有史以来最大的一个超大质量黑洞。该黑洞的质量是太阳质量的300亿倍以上，是迄今观察到的四大黑洞之一；它距离地球约有20亿光年。研究人员使用计算机模拟和哈勃空间望远镜的图像确认了这一发现，并排除其他可能性，如暗物质的过度集中等。

　　引力透镜效应发展不过一百余年的时间，但现在已经成为宇宙学中的一种重要测量手段。针对不同的尺度、距离、质量的天体，这种效应已为天文学提供了大量信息，这也为宇宙学的发展做出了重大贡献。可以预见，引力透镜效应的研究及其应用在将来具有巨大的前景。

　　文/萧君（作者单位：云南大学天文学系）