广义相对论告诉我们,所有事物,包含没有静止质量的光子,都会受物体质量的影响,当光子经过大质量天体附近时路径会偏转。这种光线的偏移称为「重力透镜效应」,是广义相对论最早得到证实的现象之一。
在宇宙学中,有 2 种类型的重力透镜,第一种是「弱重力透镜」,来自遥远背景的星光穿过前方的星系团,但不靠近任何特定的星系,因为重力影响较小,光线偏折较少,背景星系的形状会稍微变形。透过观察这些畸变,天文学家可以测量宇宙物质的平均密度,有助我们了解暗能量。
第二种是「强重力透镜」,这比较罕见。更强的光线偏折来自更强的重力,背景星系几乎被前方星系阻挡,这时遥远的星光会强烈扭曲,通常会变成围绕前景星系的光弧。由于畸变的程度取决于质量,因此我们可以测量该前景星系暗物质的数量,也能测量宇宙的膨胀速率。
但强重力透镜效应很少见,因此很难找到足够样本调查。为了对暗物质和暗能量的测量準确性更高,我们需要研究更多有强重力透镜效应的星系。
▲ AI 发现的强重力透镜星系候选者(左),与哈伯望远镜后续的观测照片(右)。
最近一个研究团队使用 AI 在巡天数据寻找这种星系,以已知的强重力透镜星系的照片培训 AI,经过训练及学习,已另外发现 300 多个候选的强重力透镜星系,后续并透过哈伯太空望远镜观察,证实其中有许多候选者。
这个方法相当有用,团队计划继续分析其他天区的数据,再找出至少 1,000 个强重力透镜星系。如果成功,此方法将成为了解宇宙的有力工具。
- Hundreds of New Gravitational Lenses Discovered to Help Study the Distant Universe