引力透镜(4)

最后终于该说弱引力透镜了.

前面已经说过了,引力透镜分强弱,很大程度上就是用眼睛看.能够从一个背景天体的像中看到扭曲的,就是强的.看不出来的,就是弱的.这句话其实还需要进一步说明.看的出来的其实都是比较极端的,比如星系被拉成长条状,看着像哈哈镜.又或者星系被弄出好多的像来.

而看不出来的,是大多数.因为宇宙有天体的地方少,空旷的地方多,所以两个天体挨得很近的情况确实少.从观测上说,本来背景星系的形状就不是什么完美的几何图形.一个椭圆的星系,光线被轻微的偏折一下,还是椭圆的.你离的远,不能知道它的真面目是什么样子的,也就说不出它是怎么被变形的.但这种现象又是广泛存在的,因为引力是长程力,虽然远处作用弱了,但并没有消失.所谓人在江湖走,谁能不挨刀.光在宇宙中走,也必然要偏折.

现在的问题是怎么测定弱引力透镜效应. 最常用的方法就是看一大堆星系形状,然后做统计分析. 这个想法是非常的聪明的. 人们假设,在远处的星系,它们虽然有椭率,但椭率的大小和指向是完全随机的.那么如果你取一小块天区,对这小块天区里的星系椭率进行平均,那么平均值应该是0. 但如果存在引力透镜效应,比如这小块天区里的星系都受到一个透镜星系的影响,那么它们的椭率就会有一个偏向性.单个的看,你看不出这些星系有什么特别的.但如果放在一起,你就会发现它们的形状都偏向某一个方向.（实际中这种偏向是很弱的，所以需要极高精度的测量）于是你可以把这些星系椭率的平均看作引力透镜信号强弱的一个估计。如果你对一块天区，每一小块都作这样的事情，最后你就可以得到一张引力透镜信号的分布图，通过一些算法，你就可以反演出在这块天区上2维的物质分布。

弱引力透镜是一个非常强有力的工具。因为它的物理非常的干净，唯一依赖的就是空间的物质分布。天文学家用它来做很多事情，特别是用来寻找暗物质。暗物质是宇宙实物的主要组分，是普通物质的10倍。由于暗物质并不发出电磁辐射，所以传统的方法没有办法探测它。但它有质量，就不可避免的有引力效应。而探测引力效应，正是弱引力透镜的强项。人们现在用弱引力透镜寻找星系团，测定星系团里的暗物质分布，测定大尺度上的物质分布和相关。以及限制暗能量的参数。

这说起来很像一个魔术。魔术师说，告诉我你看到的星系形状，我可以告诉你在宇宙这个箱子里都隐藏了什么你看不到东西。


图一，显示了远处星系光线在宇宙中穿行被扭曲的示意图。







图二，是用弱引力透镜信号还原物质分布的示意图。左边显示的是模拟的星系。每个粉红的椭圆代表一个星系，小白框里的线段表示在这个小天区里星系的椭率平均大小和方向。右边的图蓝色的就是反演得到的暗物质分布。明亮的地方表示暗物质比较多。