这幅组图显示了不同望远镜中所见的iPTF16geu，天文学家发现的第一颗被引力透镜放大的Ia型超新星。背景图是帕洛玛天文台所见的大视场的夜空。最左插图是斯隆数字巡天拍摄的可见光照片，显示了透镜星系及其周边的天区。中左插图由哈勃空间望远镜拍摄，是透镜星系放大20倍的红外影像。中右插图也由哈勃望远镜拍摄，放大5倍的可见光图像揭示了iPTF16geu被引力透镜放大的4个不同的影像。最右插图是凯克望远镜拍摄的红外图像，揭示了iPTF16geu的4个引力透镜影像，以及它所在的星系被引力透镜扭曲而形成的“光弧”。图片来源：Joel Johansson, Stockholm University

有史以来第一次，一个国际天文学家团队见证了Ia型超新星发出的亮光被宇宙级透镜放大。Ia型超新星，常被称为“标准烛光”，因为它们本身的亮度被了解得非常清楚。天文学家用Ia型超新星来精确测量我们宇宙的膨胀速度，称量宇宙中暗能量的比例，他们认为是暗能量在加速宇宙膨胀的步伐。

找到一颗被引力透镜放大的Ia型超新星，就好像发现了一盏更明亮的烛光可以拿来观察宇宙。这些研究者说，这一发现只是一个开始，后面会有更多类似的收获。有了一堆被引力透镜放大的Ia型超新星，就可以对宇宙最基本的一些特性进行更精确的测量。

引力透镜指的是，一个天体（比如一个星系）的引力弯曲和放大了另一个更遥远天体发出的光。这种效应能够导致星系的影像被奇怪地扭曲，甚至让同一个天体产生好几个影像。自20世纪初爱因斯坦首次预言引力透镜以来，尽管这一现象已经被观察到许多次，但事实证明拍到Ia型超新星被引力透镜放大的影像却非常困难，直到现在才有所突破。

在这项于4月21日发表在《科学》杂志上的新研究中，研究者拍到了一颗Ia型超新星，称之为iPTF16geu，发现它被引力透镜分成了4个不同的影像。

“在被强引力透镜放大的‘标准烛光’超新星中首次分辨出多重影像，这是一个重大突破。”这项研究的牵头作者、瑞典斯德哥尔摩大学奥斯卡·克莱因中心的教授阿里埃勒·古巴尔（Ariel Goobar）说，“通常，当看见一个被引力透镜放大的天体时，我们并不知道那个天体本身的亮度，但有了Ia型超新星，我们就知道了。这将让我们对引力透镜现象作出更好的定量的理解。”

古巴尔和他的团队作为合伙人，参与了两项由美国加州理工学院领导的国际科学合作项目，分别是中期帕洛玛瞬变现象工厂（iPTF）和瞬变天体观测用天文台全球接力（GROWTH）计划。iPTF项目借助帕洛玛天文台及其独一无二扫描天空的能力，几乎实时地发现着超新星之类快速变化的宇宙现象。GROWTH则管理着一个由科学家和望远镜组成的全球网络，能够迅速展开后续观测，细致地研究这些瞬变现象。

研究合作者曼斯·卡斯里渥（Mansi Kasliwal）说，“看到帕洛玛天文台拍到的iPTF16geu原始数据时，我有些困惑。它看起来像是一颗普通的Ia型超新星，但考虑到离我们遥远的距离，它又显得太过明亮了。利用更强大的设备进行快速后续观测证实，我们遇到了一起极为有趣和罕见的现象。”他是GROWTH计划的首席研究员，加州理工学院的助理教授。

在发现iPTF16geu之后的2个月内，研究团队利用世界上最先进的一些望远镜对它进行了观测，包括NASA和ESA的哈勃空间望远镜、位于夏威夷莫纳克亚山顶凯克天文台的自适应光学设备，以及位于智利的甚大望远镜（VLT）。除了拍到令人惊叹的漂亮照片以外，观测iPTF16geu这样被强引力透镜放大的Ia型超新星，在科学上也极有价值。天文学家能够非常精确地测量，这颗超新星不同的影像发出的光要花多久才能传到我们这里。抵达时间上的差异又能够用来相当精确地估测宇宙膨胀的速度，也就是所谓的哈勃常数。

这颗Ia型超新星发出的光，经过透镜星系引力的弯曲，沿着4条不同的路径传到地球，产生了4个不同的影像。估算这些影像抵达地球所花的时间，有助于测定宇宙膨胀的速度。图片来源：ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al., edited and modified by Joel Johansson

被引力透镜放大的Ia型超新星还有另外一个独特的优势，它们能够被相对较小的望远镜发现。比如，拍到iPTF16geu这颗超新星的望远镜，就是帕洛玛天文台里口径48英寸的塞缪尔·奥斯钦望远镜。更大的望远镜往往工作繁忙，配备的相机也视场狭窄，用来日常巡天要花太多的时间。iPTF项目每个夜晚能够扫描可见天空的1/15。它的继任者——兹威基瞬变现象工厂（ZTF）今年夏天将开始启动观测，扫描天空的速度会更快，有能力在每一个夜晚都覆盖全部可见天空。通过扫描更大面积的天空，天文学家能够筛选成千上万个天体，从中发现罕见的现象，比如被引力透镜放大的Ia型超新星。

天文学及行星科学教授斯里·库尔卡尼（Shri Kulkarni）说，“我被震惊到了。在构思iPTF项目的时候，对于发现这样的现象，我们只敢做梦想想。我们知道它们存在，但我们真心没有预期能够发现一个！对iPTF的继任者ZTF来说，这是一个很好的兆头。”他是ZTF的首席研究员，也是加州理工学院光学天文台主管。

“不只如此，虽然ZTF的巡天速度要比iPTF快10倍，但大型综合巡天望远镜（LSST）之类的新设备会比ZTF再快10倍。显然，iPTF16geu的发现暗示，LSST将有可能完成一大堆新的科学发现。”库尔卡尼补充道。

对iPTF16geu的研究也已经得出了有趣的结果。利用凯克天文台和哈勃望远镜的观测数据，研究团队计算了放大iPTF16geu的透镜星系中物质的分布状况——它的总质量达到太阳的100亿倍，半径约为3000光年。相比其他的透镜天体，这个星系相对较小。研究诸如此类的异常透镜天体，让天文学家对引力透镜有了新的视角，可能会修正我们已知的影响引力透镜的因素，比如暗物质和爱因斯坦的广义相对论。

这项研究的合作者、瑞典斯德哥尔摩大学的科学家拉赫曼·阿曼努拉（Rahman Amanullah）说，“发现iPTF16geu，真的就像是在大海里捞到了一根特别奇怪的针。它向我们揭示了一点关于宇宙的更多知识，更主要的却是引出了一大堆新的科学问题。这正是我热爱科学和天文学的理由。”（编辑：Steed）