引力透鏡或讓超新星延遲20年重現江湖
當來自遙遠天體的光經過非常近的前景星系或星團時，引力透鏡效應會使前者在天空中呈現出多重圖像。而有時候，這些圖像還不是同時出現，來自同一個源的光線，在扭曲的時空中所走過的路程可能並不相同，因此像會出現“時延”。近期，天文學家報告發現了一顆超新星 AT 2016jka，它出現在紅移量 z = 1.95 處的一個演化星系中。在前景星系團的引力透鏡作用下，它出現了多重影像。
AT 2016jka 很可能是一個Ia型超新星，這種超新星來源於小質量恆星殘骸（白矮星）的爆炸，當白矮星的質量超過了1.44倍太陽質量時，超新星爆炸就會發生，這一質量的界限就是所謂的“錢德拉塞卡極限”。由於質量上限是很明確的，Ia型超新星爆炸產生的光度（超新星發光本領）幾乎一樣，因此這類超新星的光變曲線可以被用來測量宇宙的距離。
星系團 MACS J0138.0-2155 2016年照片與2019年照片對照（來源：Joseph DePasquale （STScI））
超新星 AT 2016jka 是從“安魂曲”項目的數據中挖掘出來的。所謂“安魂曲”，是指哈勃太空望遠鏡的“分辨寧靜放大星系”項目（REsolved QUIEscent Magnified Galaxies），縮寫爲REQUIEM——感覺又是一個強行湊出來的縮寫名稱。“安魂曲”項目所關注的目標是那些特定的恆星形成率較低的大質量星系。通常這些星系比較遙遠，它們與地球之間很可能隔着一個星系團，這樣，它們的亮度就會被強引力透鏡效應放大。“安魂曲”項目觀測到的最亮最壯觀的星系是 MRG-M0138，這是一個“大質量紅色星系”（MRG），紅移量爲 z=1.95（相當於大約100億光年）。一個紅移量爲 z = 0.338 （相當於大約40億光年）的前景星系團 MACS J0138.0-2155 就擋在它與地球之間，它把遠處的星系 MRG-M0138 像凸透鏡一樣放大，產生了四重像。
如圖，左側大圖顯示的是星系團 MACS J0138.0-2155 區域的整體圖像，長寬各爲40角秒，右側小圖中每一個爲4″×4″的局部放大圖。。由史蒂夫·羅德尼（Steve Rodney）率領的研究團隊對照了2019年7月13日至14日所獲得的觀測數據以及2016年7月18日至19日的哈勃望遠鏡存檔，發現了三個亮點曾出現在2016年的照片中（小圖b、c、d、e），當時是第一次證實了 MRG-M0138 星系是強引力透鏡天體。而2019年的照片中並沒有這幾個亮點（小圖f、g、h、i），研究人員推斷這些是 MRG-M0138 星系中突然出現的單個天體的多個像，很可能是超新星。
星系團 MACS J0138.0-2155 2016年照片與2019年照片對照（來源：Joseph DePasquale （STScI））
像這樣的強引力透鏡效應，往往會出現4個增亮的像，研究人員試圖瞭解那個圖中尚未顯形的點會出現在什麼時候什麼地點。通過計算機模擬後，一個驚人的結果呈現在面前。那個未曾謀面的像SN4可能會出現在2037年。甚至，說不定還會出現第五個像SN5！
不得不說，這是個非常有趣的故事。在距離地球100億光年的星系中爆發了一個Ia型超新星，它的光線在傳遞至地球的途中，偶遇了一個超大質量的星系團，這條光線被極度扭曲，並分離成好幾條光路。其中3條光所走的路程差不多，相互間延遲不超過200天，被人類在同一幅畫面中捕捉。而，另有至少1條光線走出了更爲曲折的道路，它比前3條光多走差不多整整20年！
這種情況不禁讓人想起 SN Refsdal 的故事，真是異曲同工啊。2016年的時候，人類第一次“預言”了一顆超新星的“再現”，這完全歸功於愛因斯坦理論的正確性和一致性。那麼這一次呢？今天，讓我們大聲喊出我們的約定——再過20年，我們再相會！
參考資料：
[1] Rodney， S。 et al。 A Gravitationally Lensed Supernova with an Observable Two-Decade Time Delay
（arXiv：2106.08935v2）
[2] https：//requiem-galaxies.com/requiemsn。
[3] Paul Gilster。 Predicting a Supernova in 2037
（https：//www.centauri-dreams.org/2021/09/16/predicting-a-supernova-in-2037/）
本文轉自天文茶餐廳
