超新星的引力透镜影像
源自背景天体的光线在穿过前景引力源时可能会被扭曲并放大，出现引力透镜效应，这一点已经是众所周知的了。借助这样的原理，研究者可以看到远方宇宙中暗淡的天体，还能够发现系外行星或褐矮星，与此相关的进展可谓层出不穷。不过超新星的引力透镜影像却还是个新鲜事物，最近刚刚发表的一项研究成果就是与此相关的。
说是新鲜事物，其实只是针对观测而言的。早在半个世纪之前，就已经有人探讨过超新星形成引力透镜影像的可能性了。如果透镜天体的引力足够强，取向又比较合适，透镜星系恰好位于超新星与观测者之间，超新星完全可以形成呈十字排列的多重影像，此即所谓的爱因斯坦十字架。这样的现象最早是出现在类星体上的，如下图这个著名的例子：
各影像除了存在特定的空间分布之外，对于超新星这样的瞬变源来说，彼此之间还会出现光变曲线的延迟。但是除了前几年行为有些古怪的PS1-10afx可以用前景星系的引力透镜增亮来解释之外，人们就再也没有看到过被引力透镜放大的超新星了。而且PS1-10afx只有地面观测，精度也比较低，不足以解析出可能存在的多重影像，因此无法对其作进一步的研究。作为此次主角的无名超新星是在研究者使用哈勃望远镜专门搜索引力透镜（空间掠射棱镜透镜放大巡天，GLASS计划）期间发现的，它表现出了明显的多重影像，因此就提供了一个独特的机会，让人们得以通过各影像之间的放大率与时间延迟来测量宿主星系与透镜天体中暗物质的分布。
这颗超新星发生在一个红移1.49处的旋涡星系中，而透镜天体是红移0.54处星系团MACS J1149.6+2223中的一个椭圆星系。2014年11月10日，GLASS小组获取了一个引力透镜系统的四重影像，影像之间的彼此间距达到了2角分，其周围还环绕着由宿主星系形成的扭曲亮弧（爱因斯坦环）。这4个影像被小组命名为S1到S4，其中的S3在整个11月期间表现出了明显的增亮，不过S1与S2的亮度却相对平稳，而S4因为亮度较暗，现在还难以下定论。
经过MACS J1149.6+2223成员星系放大的四重超新星影像，右上插图中央的亮斑是作为透镜体的前景椭圆星系，4个黄斑是超新星影像，从左侧顺时针起依次为S1、S2、S3、S4。图片提供：NASA, ESA, and S. Rodney (JHU) and the FrontierSN team; T. Treu (UCLA), P. Kelly (UC Berkeley) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields Team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)
根据过往的观测存档可以判断出，这样的光变先前并不存在，且四重影像的亮度对于普通活动星系核来说也过亮，因此并非活动星系核所致。而S3的增亮时标较长，也不大会是Ia型超新星，因此它更可能是一颗核心坍缩型超新星。这样的超新星光度在本地系中数日之内不会出现较大的光变，正可以解释观测期间S1与S2平稳的亮度。
超新星4个透镜影像的光变曲线，根据透镜模型，S3相对S1和S2存在延迟，可以认为是反映了超新星光变曲线中的上升阶段。图片来源：Kelly et al. (2015)
在考虑透镜星系以及整个星系团的引力贡献之后，研究者构筑了超新星的引力透镜模型。模型认为，每个影像的放大率都在10到30倍左右，而彼此存在数日到数月不等的时间延迟。这其中S1与S2的光路较短，S3和S4更长，不过不同的模型给出的延迟顺序不尽相同。
根据引力模型，这次超新星爆发之前曾经数次被MACS J1149.6+2223放大，50年前与20年前各有一次，但并没有相应的观测记录。而在未来几年内，它还有可能再现一次，文中甚至还给出了下一次增亮应该出现的位置，位于宿主星系被星系团放大后形成的中央影像之内。
MACS J1149.6+2223中的星系分布，图中白线标出了超新星宿主星系的多个影像，1.1是当前超新星影像出现的地方，1.3与1.2分别是理论上过去与未来超新星影像应该出现的区域。图片来源：Kelly et al. (2015)
接下来GLASS小组将使用哈勃空间望远镜对此天区进行更多的后续观测，更好地测量各个影像之间的延迟，以进一步限定前景星系团中的物质分布，甚至还有宇宙的膨胀。当然，未来继续关注这个星系团，寻找超新星的其他影像也是在计划之中的。顺带一提，这项结果发表在前不久《科学》杂志推出的广义相对论专刊上，用这样一个发现来庆祝广义相对论提出一百周年，倒也颇为恰当。
