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在引力透镜的作用下,光是否会发生蓝移?

科学 2019-04-21 19:23:00

来源:天文在线   责任编辑:李琦

导语

作为一名业余爱好者,我对暗物质的了解仅仅是,它解释了为什么看上去宇宙膨胀的速率在增加。

  我想到的是,光传播得越远,它穿过的引力场就越多。这里更近的光源指的是离哪里更近的光源,引力场吗,为什么更近的光源有更大的平均红移呢?不是说减少了红移吗?,给人一种膨胀的速率在增加的感觉?

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  光在宇宙传播的过程中确实穿过了引力场。但好的一面是,光(除非光源在势阱的中央)进入任何重力井都必须从中“爬”出来。所以穿过这些势阱的光的引力多普勒频移是零。

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  我对此并不是完全确定,手头上没有相关资料可供查阅,但是回想起我对透镜效应的印象,是透镜另一侧光源发出的光被放大了,并在光源周围发生反射了吗?这个效应的原理是什么?光线是聚焦的,它会涉及到波的压缩吗?”,这就是关于我想法的逻辑链。

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  在引力透镜中发生的是:光所在的区域变小了看上去光被聚焦了,所以表面的光度增加了-当然整体的亮度总是保持不变的。

  为什么光子(光源区域)在离开的时候不会发散,而和它们被聚焦之前的时候一样。

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  当光线经过一个巨大物体的附近时,它们会向内弯曲,使得原本会在大面积上散开的光线都集中在一个地方。这就是为什么物体的像看起来会更亮。这和光子从引力势阱中穿梭时的得失能量是完全不同的效应。在这个网站上有一个非常棒的关于引力透镜的辅导资料。

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  爱因斯坦的广义相对论证明,一个具有极大质量的物体可以扭曲空间并使光路弯曲。所以像星系团这种大质量的物体可以看作一个引力透镜。当一个在星系团后面的物体发出的光经过它时,光线被弯曲和聚焦,产生一个或多个光源的图像。这个像可能是通过透镜被放大、扭曲或倍增的,这取决于光源相对于透镜的位置。

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  如果三个星体形成的直线不是完美的,那么将会形成多个像而不是一个环了。右边的这个物体叫做爱因斯坦十字,它展现了四个来自于一个遥远类星体的像,这个类星体的红位移量z=1.7(译者注:z为光谱的位移指数,Z=△λ/λ),而被夹在中间充当透镜的是一个红位移量z=0.04的螺旋星系。哈勃望远镜获取的图片经过处理后将螺旋星系和类星体的图像分离了出来。

  当引力透镜位于观察者和遥远的被成像物体的中间附近时,它的效果是最显著的。透镜效应对物体亮度的放大比例,随着视线与“透镜”距离的减小而增大。“透镜”可以把物体的亮度放大许多倍,倍数甚至能超过100倍——这就意味着透镜效应给我们提供了“看”到10倍距离以外的物体的可能性。(译者注:观测亮度与距离的平方呈反比,Brightness(观测亮度)=Luminosity(实际亮度)/4pi(d)^2)

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  一颗恒星对银河系中的一个物体的微引力透镜作用,来自于大型天体物理致密晕物体项目.

  我们能够看到三种类型的引力透镜

  恒星/星体遗迹/褐矮星/行星-当银河系中的一个物体从我们和一颗遥远的恒星之间穿过时,它将聚焦遥远星体(背景恒星)发出的光,并增强它们的亮度,如上图的曲线所示。这种类型的引力透镜效应在一个靠近我们银河系的叫做大麦哲伦云的小星系中被观测到过几次。

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  星系-大质量的星系同样可以扮演引力透镜的角色。星系后面的光源发出的光经过星系时被弯曲了,经过聚焦形成了一个或多个光源的像。

  星系群-一个大质量的星系群可以形成来自它后方的一个遥远物体的像,通常是以一段膨胀的弧(爱因斯坦环中的一个区域)的形式出现。星系群的引力透镜效应能让我们观察到由于距离太远或者亮度太微弱而不能直接观测的物体。而且,能观察到非常遥远的物体意味着可以观测到很久以前的现象,因此我们就能获取早期宇宙的信息。

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