首次发现的“爱因斯坦曲折线”。一个遥远的类星体由于被引力透镜作用了两次而出现了6个像，而光线在制造这6个幻像的过程中走了一条极其曲折的路线。Dux / JWST
在韦伯太空望远镜的帮助下，天文学家首次观测到了一种以前只存在于理论上的现象——“爱因斯坦曲折线（Einstein zig-zag）”。来自遥远天体的光在到达望远镜传感器的过程中，穿越了两处被扭曲的时空，同一个类星体的像出现了6次，而光线在制造这6个幻像的过程中走了一条极其曲折的路线。科学家希望通过研究这个奇特的现象，解开一个近年来一直困扰着人们的谜。
这6个像并不是一次性被发现的。2018年，天文学家在距离地球数十亿光年的宇宙中发现了4个相同的明亮光点。这组后来被编号为J1721+8842的光点是同一个类星体的4个镜像，是引力透镜的产物。
引力透镜是由于遥远天体的光在传递到地球附近的过程中，恰巧由于穿越了被大质量天体扭曲的时空而发生弯曲所导致的。引力透镜效应不但能够复制原始光源，围绕着充当透镜的天体在观察者眼中形成多个虚像，还能够导致原始影像扭曲变形。在条件恰到好处的情况下，引力透镜效应甚至会围绕着充当透镜的前景天体制造出一个奇特的光环。这个光环就是爱因斯坦1915年根据广义相对论预言的“爱因斯坦环”。
韦伯望远镜2023年拍到的一个“爱因斯坦环”。这个环距离地球约210亿光年，是迄今发现距地球最远的引力透镜现象。JWST
2018年科学家首次发现了这4个光点，而到了2022年，研究人员发现J1721+8842旁边还有两个新的光点，甚至还有一个昏暗的光环。因为新发现的2个光点比起初4个要暗，所以研究人员一开始还以为那里有2个类星体，形成了一对双类星体，并且这对双类星体的影像被引力透镜效应复制成了3份。
但是最新的研究结果表明，所有6个光点实际上都属于同一个类星体。后发现的亮点是被距离第一个大质量天体很远的另一个大质量天体，及其产生的引力透镜效应二次复制出来的。这也是新照片中有一个昏暗爱因斯坦环的原因。
在对所有亮点的光曲线进行了为时2年的观测之后，研究人员发现最昏暗的两个光点影像在呈现时间上要稍晚于其他光点，表明形成这两个光点的光在宇宙中穿越了更长的距离。这可能是因为形成这两个影像的光在从第一个透镜天体走向第二个透镜天体时，走到了相反的方向。也就是说，从第一个透镜天体左侧穿越的光，在经过第二个透镜天体身旁时，出现在了它的右侧。
研究人员称这一奇特的现象为“爱因斯坦曲折线”，是因为这些被引力透镜效应作用了两次的光在太空中行进的路线呈往复曲折的锯齿状。
引力透镜天体是天文学家的无价之宝，因为背景天体光线的弯曲程度，能够反映充当透镜天体的质量，而相关数据，可以帮助人们对暗物质和暗能量进行研究。
近年来人们吃惊地发现，宇宙不同部分的膨胀速度不一样。这一发现甚至威胁到了宇宙学的根基。研究人员认为这次发现的“爱因斯坦曲折线”，或许能够平息这场危机。因为其独特的布局，能够让天文学家同时对哈勃常数和暗能量进行精确的测量，能够告诉我们宇宙的膨胀速度是否真的符合宇宙学模型的预言。但距离答案揭晓可能还需要一年以上的时间。
韦伯望远镜拍摄的星系团PLCK G165.7+67.0。画面中充满了大量被引力透镜效应扭曲了的遥远星系、类星体和超新星。JWST
参考
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