中国最早的天文社区网站5小时前
翻译：费思敏
校译：Liufeng
编排：关关
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐玖坤 胡永崴
参考文献：
https://www.universetoday.com/150837/gaia-finds-12-examples-of-einstein-crosses-galaxies-being-gravitationally-lensed-so-we-see-them-repeated-4-times/#more-150837
https://sci.esa.int/web/gaia/-/28820-summary
https://sci.esa.int/web/gaia/-/47354-fact-sheet
1915年，爱因斯坦完成了广义相对论（GR）的收尾工作，其将引力描述为时空的几何属性，这是一个革命性的新假设。广义相对论对引力的描述仍为现代物理学所认可，并且还预测大型天体（例如星系和星系团）会弯曲时空结构。
时空弯曲的一个直观效果就是，大型天体可以作为透镜，扭曲并放大来自更远处天体的光。这种效应被称为“引力透镜效应”，会导致各种视觉现象-尤其是 “爱因斯坦十字架”。一组研究人员借助来自欧洲空间局（ESA）盖亚太空天文台的数据发现了12个新的爱因斯坦十字架。
简而言之，当来自遥远天体（在这种情况下为类星体）的光被前景星系强烈扭曲，观测者会看到天体的四重图像，而四个光点恰好形成了爱因斯坦十字架。尽管爱因斯坦早在1912年就已经预测到这种效应，但人类直到1979年才发现引力透镜效应类星体的第一个二重像。到1985年，人类总共发现了约50个爱因斯坦十字架，但其中只有一个是四重像。
盖亚任务是欧洲太空运营中心运营的最费心力的项目之一，其主要目标是为银河系绘制一幅最大最精确的三维地图，这将为研究银河系的形成提供重要工具。盖亚探测器于2013年12月19日发射升空，本应于2019年7月结束任务，后其服役时间延期至2025年12月31日。
盖亚在测量期间可以发现并精确测量每一颗恒星围绕银河系中心的运动轨迹，但同时也会有其他发现，例如围绕其他恒星的行星、太阳系中的小行星、太阳系外冰壳星球、褐矮星，遥远的超新星和类星体等。
使用盖亚DR2的数据发现了12个爱因斯坦十字架。
Credit：盖亚引力透镜合作项目
这项研究是由盖亚引力透镜工作组（GraL）负责的，由来自澳大利亚、巴西、印度、欧洲和美国的成员进行国际合作。法国蔚蓝海岸大学的天文学家，Francois Mignard，也是GraL成员之一，在最近ESA新闻稿中谈到了研究爱因斯坦十字架的挑战。
“想要找到新的爱因斯坦十字架很困难，因为我们对去哪里寻找它们毫无头绪，” 他说，“它需要高空间分辨率的成像才能定位候选对象。”于2013年启动的ESA的盖亚任务拥有空前的空间分辨率，且每隔几个月就能对整个天空观测一次，这使其在该领域具有革命性意义。
该团队使用一系列特殊的机器学习算法，搜索了盖亚数据版本2（Gaia DR2），来寻找强引力透镜效应类星体的潜在目标。波尔多大学的Christine Ducourant说：“我们需要确认这四个紧密堆叠的图像并不是四个独立光源的纯粹偶然排列，而是单个遥远光源被一个星系干扰扭曲形成的四副图像。”
由于盖亚的光谱和可见光（光度学）测量方法尚未发布，因此该团队依靠NASA的广域红外巡天探测器（WISE）获得的光度测定，来预先挑选后续进行光谱学观察的最有可能的对象，然后使用Keck I望远镜上的低分辨率成像光谱仪（LRIS）和帕洛玛双光谱仪（DBSP）进行此操作。
盖亚绘制银河系中的星星。
图片来源：ESA / ATG medialab；背景：ESO / S. Brunier
这些观察结果证实，他们确定的12个候选图像是四重像类星体，有效地将已知爱因斯坦十字架的数量增加了近25％。将来，有更多的多重成像引力透镜效应类星体可供研究，将为天文学家提供更多检测重要宇宙学参数的机会。
其中包括宇宙当前的膨胀速度（这可能揭示暗能量的作用）以及前景星系中暗物质的分布。加利福尼亚大学欧文分校以及里斯本大学天体物理学和引力中心的天文学家兼信息学讲师Alberto Krone-Martins解释说：
“类星体是本质上可变的天体，并且由于每个透镜图像中的光都穿过了宇宙中的不同路径，因此类星体光的波动会在不同的时间出现在这些图像中。借此可能估算出哈勃-勒梅特常数。”
“基于广义相对论和星系中物质的分布，我们可以预测引力透镜效应类星体的图像应该在哪里。我们预测的结果与观测结果之间的差异会告诉我们有关不同暗物质模型特性的一些信息。”
一个研究组使用引力透镜技术，观察小块暗物质对来自遥远类星体的光的影响。
Credit：NASA / ESA / D.Player（STScI）
此类测量需要继续推进当前正在进行的光学无线电和X射线波段的观测。GraL工作小组预计，即将发布的盖亚数据版本，如2020年12月3日的早期数据版本3（EDR3），将帮助人类发现更多的爱因斯坦十字架。正如Ducourant所说：
“在最终数据发布后，我们希望盖亚能够发现更多的此类光源。盖亚以及机器学习，空间和地面观测之间的协作，使我们在寻找这些独特天体方面变得越来越有效。”
他们的发现最近已在网上发表，并已被The Astrophysical Journal接受发表。
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