引力透镜，将超新星一分为四！

一颗恒星爆炸，却在哈勃望远镜里留下了4个超新星影像。这不是魔法，而是引力透镜创造的幻像。图片来源：NASA/ESA

　　利用美国航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)的哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)，天文学家第一次拍到了一颗正在爆炸的遥远恒星的4个不同的影像。这4个影像排布成一个十字架的形状，这是因为爆炸恒星发出的光被前景星系团中一个星系的强大引力掰弯了。报道这一发现的论文发表在3月6日出版的《自然》杂志特刊上，以庆祝爱因斯坦的广义相对论提出整整100年。

　　天文学家原本是在观测距离我们超过50亿光年的一个大质量椭圆星系，以及它所在的星系团MACS J1149+2223，结果他们却看到了这样一个奇特而又罕见的场景。这个星系以及星系团巨大的质量，将来自它们背后遥远得多的一颗超新星发出的光掰弯了，使这颗超新星产生了4个分离的影像。由于这种引力透镜效应，这些光被放大并被扭曲，结果便在这个椭圆星系周围产生了这样4个影像，构成了所谓的“爱因斯坦十字”(Einstein cross)。

　　尽管天文学家已经发现了几十个星系和类星体的多重影像，但在此之前，他们还从未看到过一颗超新星的多重影像。

　　“当我看到这个星系周边的4个超新星影像时，我真的大吃了一惊——这完完全全是个意外惊喜。”这篇论文的领衔作者、美国加利福尼亚大学伯克利分校的帕特里克·凯利(Patrick Kelly)如是说道。他是“空间棱镜放大巡天”(GLASS)合作项目的成员，正是在检索GLASS团队数据时发现了这颗超新星。目前，研究团队正在合作分析这颗超新星的多重影像，那颗恒星爆炸发出的光花了90多亿年才传到了我们这里。

　　“这颗超新星看上去要比原本的亮度超出大约20倍。”论文合作者、丹麦暗宇宙学中心的延斯·约尔特(Jens Hjorth)解释说，“这是两个引力透镜重叠之后的综合效果。这个大型星系团将这颗超新星的光聚焦到至少3条不同的路径上，然后这些光路中的一条又恰好与星系团中的一个椭圆星系精确对齐，产生了第二重引力透镜效应。”与这个椭圆星系相随的暗物质弯曲了光线，并将它重新聚焦成另外4条光路，这才形成了研究团队观测到的罕见的爱因斯坦十字。

恒星爆炸发出的光在途中被星系团的引力扭曲聚焦成3条光路，其中一条又恰好从一个椭圆星系中穿过，才形成了哈勃望远镜观测到的爱因斯坦十字。

　　这项独一无二的观测，将帮助天文学家进一步修正他们对于透镜星系及星系团中暗物质总量和分布的估计。宇宙中的暗物质要比可见物质更多，但暗物质极其难以捉摸，只有它们施加于可见宇宙的引力效应透露出了它们的踪迹，因此星系或者星系团的引力透镜效应为其中包含多少暗物质提供了重大线索。

　　随着爆炸渐渐平息，这4个超新星影像也会逐渐暗淡直到消失不见。在此之后，天文学家将拥有千载难逢的良机，等着看这场爆炸再重放一遍。这颗超新星的多个影像并不是同时抵达地球的，对于每个影像来说，光所经历的路径都是不同的。每条路径又会沿途经过不同的物质，既有暗物质，也可可见物质。这些都会导致光路弯曲，因此每条路径光线抵达我们的时间都会有所不同。利用这个星系团中暗物质总量及其分布的模型，天文学家能够预言下一个影像会在什么时候出现，再利用他们观测到的时间延迟来更准确地修正物质模型。

　　“哈勃望远镜拍摄到的4个超新星影像是在几天或者几周的时间内陆续出现的，我们在它们出现之后才发现了它们。”美国约翰斯·霍普金斯大学的史蒂夫·罗德尼(Steve Rodney)解释说，“不过，我们认为，这颗超新星的一个影像或许早在大约20年前，就曾在这个星系团的某个位置出现过，并且更让我们兴奋的是，未来1-5年之内预计还会有一个影像再次出现——我们希望到时候能够当场抓住它。”

　　这颗超新星现在被昵称为雷夫斯达尔(Refsdal)，以纪念已故的挪威天文学家舒尔·雷夫斯达尔(Sjur Refsdal)。他在1946年最早提出，利用超新星被引力透镜放大的时间延迟影像来研究宇宙的膨胀。“从那时起，天文学家就一直在寻找这样一颗超新星，”GLASS项目首席科学家、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的托马索·特雷乌(Tommaso Treu)说，“现在，漫长的等待终于结束了!”