你知道引力波也能像光一样转弯吗？

　　原作：BRIAN KOBERLEIN

　　翻译：黄雪妮

　　校译：徐鹏晖 唐佳欣

　　审阅：牧夫天文校对组

　　编排：王招君

　　后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤

　　原文链接：

　　https://www.universetoday.com/148230/gravitational-wave-lensing-is-possible-but-its-going-to-be-incredibly-difficult-to-detect/

　　引力是个奇怪的东西。在我们的日常生活中，我们认为它是一种力。它把我们拉向地球，使行星绕着恒星运行。但事实上引力并不是一种力,而是时空的扭曲使物体的运动轨迹发生弯曲的一种效应。如果你在太空深处扔出一个球，它会遵循牛顿第一运动定律运动，也就是沿直线运动。但如果你在地球表面附近扔出同样的一个球，它会沿着抛物线运动，这是因为地球扭曲了周围的时空。

　　因为物质会使空间弯曲，所以它也会使光的传播路径偏转。我们称之为引力透镜效应。通常情况下，当来自遥远星系或类星体的光在来地球的路上经过较大质量的天体时，就会发生这种情况。引力透镜可以聚焦光线，使一个遥远的星系显得更亮，这有助于我们观察一些更遥远的星系。

　　引力波的动画插图。

　　来源:ESA-C.Carreau

　　导致空间扭曲的物质在运动时会产生引力波，就像你把一块石头扔进池塘里会产生涟漪一样。大多数的引力波太微弱，无法探测，但我们可以观测到由黑洞合并引起的强引力波。通过观察几次黑洞合并产生的引力波，科学家已经证实引力波是以光速传播的，这正如广义相对论所预测的那样。这意味着引力波的传播路径也可以在引力的作用下弯曲。

　　扭曲的空间使光的传播路径发生弯曲。

　　来源:APS /Alan Stonebraker

　　引力波和光在真空中以相同的恒定速度传播。它们的传播路径可以弯曲或是偏转，是因为它们的传播速度有限。也就是说，波走过一段路径，是需要花时间的，路径越长，那么需要的时间就越长。当一个星系或黑洞扭曲它周围的空间时，引力波中更靠近这些物体的部分会比其余部分通过更长的路径，因此这一部分被我们感知到的时间也会比其余部分更长。引力波会向这些物体的方向偏转。当两个黑洞合并并向我们发出引力波的时候，距离我们较近的星系可以像透镜一样对引力波进行成像。

　　引力合并的线性调频很清晰。

　　来源:LIGO/Caltech/MIT/ University of Chicago

　　最近，一个研究小组研究了这种效应以及它将如何改变我们对引力波事件的认知。他们发现了一些有趣的事情。首先，穿过透镜的引力波会使其源头看起来比实际更近，就像穿过透镜的光看起来更亮一样。这引发了我们对已经观测到的引力合并事件新的思考，因为天文学家们正是利用了引力合并的距离来测量宇宙的规模和膨胀。但好在研究小组还发现，穿过透镜的合并事件的引力波的整体形状与未穿过透镜的合并事件的引力波的形状会有明显不同，因此原则上我们可以区分穿过透镜和未穿过透镜的引力波。通过观察目前为止LIGO和VIRGO探测到的黑洞合并，研究小组发现它们都没有受到引力透镜的影响。

　　我们还需要一段时间才能真正研究穿过透镜的引力波。虽然引力波显然会受到引力透镜效应的影响，但需要更灵敏的引力波天文台才能观测到细节。引力波天文学将为天文学家提供丰富及时的信息。

『天文时刻』 牧夫出品

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澳大利亚山顶上的银河系

​Image Credit t：Michael Goh