1.欧洲航天局的欧几里得太空望远镜在距离地球约5.9亿光年的宇宙深处捕捉到一颗名为NGC 6505的星系周围的金黄色光环，被认为是迄今为止最完美的爱因斯坦环。
2.爱因斯坦环的形成与广义相对论有关，质量会扭曲周围的时空结构，使光线发生偏折。
3.此次观测的特殊之处在于，爱因斯坦环的完整形态让科学家首次精确计算出星系中心区域的暗物质占比达到11.1%。
4.通过分析光环的光谱成分，科学家可以追溯宇宙早期的元素合成历史，揭示暗物质的分布和暗能量如何推动宇宙加速膨胀。
5.“欧几里得”望远镜在未来六年内将发现超过10万个引力透镜案例，开启宇宙学的新纪元。
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在距离地球约5.9亿光年的宇宙深处，一个名为NGC 6505的星系周围，悬浮着一圈璀璨的金色光环。这枚直径约1.5万光年的“宇宙戒指”，是欧洲航天局（ESA）的欧几里得（Euclid）太空望远镜最近捕捉到的惊人画面——迄今为止最完美的爱因斯坦环（Einstein ring），简直就像是用圆规画出来的。
NGC 6505 星系周围的爱因斯坦环（来源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre, G. Anselmi, T. Li）
时空弯曲的视觉奇迹
之所以被叫做“爱因斯坦环”，那显然是和爱因斯坦的理论有关。爱因斯坦在1915年提出的广义相对论告诉我们：质量会扭曲周围的时空结构，就像把保龄球放在弹性床垫上形成的凹陷。当光线经过弯曲的时空时，其路径会自然地发生偏折。这种现象很容易让人联想到光的折射所产生的效果，例如斜插在玻璃杯水中的筷子看上去是折断的，再例如透过一个玻璃球看东西，看上去都变弯的了。于是这种现象被称为“引力透镜效应”。当然，可想而知，中心天体质量越大密度越大，光的弯曲程度也越大。
生活中常见的光的折射现象（来源：网络）
如果描述得更具体些，一个极其遥远的星系，又叫背景天体（A）的光在往地球行径的路上，突然遇见了一个极为致密的天体，又叫透镜天体或前景天体（B），它可能是黑洞、星系、星系团等，这束光就沿着弯曲的时空绕道而行，在地球上的我们就会看到在致密天体（B）的周围出现好几个遥远星系（A）的像，甚至看到这些像都仿佛被施了魔法，弯成了弧线。
爱因斯坦环形成原因。左侧星系是遥远的天体，即背景天体，中间的星系是透镜天体。最右侧爱因斯坦环是地球上看到的遥远天体的像。（来源：ESA）
如果背景天体、前景天体、地球三者完美对齐，就会形成一个完整的圆环，这正是“欧几里得”望远镜捕捉到的画面。前景天体是这个编号为NGC 6505，距离地球约5.9亿光年。而环形物体就是背景星系被弯曲的像，它的实际距离大约为44.2亿光年。之所以形成如此完美的环，还不只是远方星系——NGC 6505——地球三者在一条线上，而是远方星系——NGC 6505 中心——地球三者呈一直线。这种情况极为罕见，比奥运射击赛场上的10.9环还要准！据天文学家推测，这种完美爱因斯坦环在整个可观测宇宙中出现的概率不到百万分之一。因此这样的发现弥足珍贵，简直就跟买彩票中了一等奖一样。
解码光环中的暗物质密码
当科学家们测量光环的亮度和形态时，他们实际上是在读取隐藏在光环背后的宇宙密码。
从宇宙的尺度上讲，NGC 6505 星系的距离并不遥远，这个距离上的强引力透镜现象是很少的。NGC 6505 是一个质量比我们银河系还小的椭圆星系，质量不太大但主要集中在中心，再加上神奇的三点一线，就使得光线的弯曲很好地限制在星系的周围不太大的角度里，从而产生了如此标准的爱因斯坦环。
“欧几里得”望远镜拍摄的 NGC 6505 星系照片。完美的爱因斯坦环就在星系中心。
这给了天文学家绝佳的测定星系质量的机会。通过星系的光度可以估算其质量，通过爱因斯坦环的大小也可以估算透镜天体的质量。如果后一种方法得到的质量显著高于前者，那么多出来的部分很有可能就是天文学家急切想了解的宇宙最神秘的东西之一——暗物质。
通过一个矮星系产生的引力透镜研究星系团（中间）暗物质分布的示意图（来源：NASA/ESA HST, M. Lovell）
暗物质不发光、不吸收光，但它们有质量，能通过引力作用影响可见物质的运动。就像剧场里看不见的钢索操纵着木偶的舞姿，暗物质构成了宇宙结构的隐形骨架。此次观测的特殊之处在于，爱因斯坦环的完整形态让科学家首次精确计算出星系中心区域的暗物质占比达到11.1%——这个数字虽然看似微小，却与当前主流的冷暗物质模型预测高度吻合。
近年来有不少研究认为暗物质并不存在，只需要修改引力定律就能达到“所需效果”。然而最近的这项研究似乎又替暗物质假说赢下一局。
穿越时空的星际信使
当我们凝视这个44.2亿年前形成的爱因斯坦环时，实际上在进行一场跨越时空的对话。背景星系发出的光启程时，太阳系才刚刚诞生几亿年，地球还处于岩浆横流的原始状态。而当这些光子穿越浩瀚时空抵达地球时，不仅带来了远方星系的样貌，还携带着宇宙演化的重要信息。同时，地球上最顶尖的大脑已经有能力解读星光密码。
更令人兴奋的是，引力透镜效应竟和凸透镜类似，也会将背景的星光加强。引力透镜的放大效应让原本暗淡的遥远星系变得可见，这就像获得了一台天然的宇宙望远镜，让人类得以窥见更深邃的太空。通过分析光环的光谱成分，科学家可以追溯宇宙早期的元素合成历史。例如，检测到特定比例的氧、碳元素含量，能推断该星系在宇宙青春期（大爆炸后约30亿年）的恒星形成速率。
左上：对 NGC 6505 星系光度的测量，其中IE、YE、JE、HE 四个波段是“欧几里得”望远镜的。右上：对 NGC 6505 星系恒星形成率的估计。下方：DESI项目对 NGC 6505 星系的光谱观测结果（蓝线）（来源：C. M. O’Riordan et al, 2025）
开启宇宙学的新纪元
要捕捉这样的宇宙奇迹，离不开尖端观测设备的支持。“欧几里得”是专门研究暗物质和暗能量的空间天文台。它配备的可见光成像仪（VIS）拥有6亿像素的超高分辨率。它的近红外光谱仪（NISP）能穿透星际尘埃，捕捉古老星系发出的微弱光芒。它单次曝光就能覆盖相当于2个满月大小的天区，而“哈勃”望远镜需要数百次观测才能达到相同范围。
欧几里得望远镜主要载荷（来源：ESA）
已经35岁高龄的“哈勃”望远镜虽然曾捕捉到34亿光年外的类星体光环，但由于视场限制，每年只能发现几十个候选目标。而“欧几里得”预计在未来六年内将发现超过10万个引力透镜案例，这种井喷式的发现相当于把人类对引力透镜的认知从手工作坊时代带入工业化生产阶段。“欧几里得”将扫描全天三分之一的天区，绘制史上最精确的宇宙三维地图。通过统计数以亿计星系的分布和运动，科学家希望揭示暗物质的分布，以及暗能量如何推动宇宙加速膨胀。
“欧几里得”望远镜在2024年3月25日至4月8日共计260个观测合成的马赛克拼图。左上角为全天图，其中矩形框出的黄色区域就是这条马赛克拼图。拼图最右侧标注了月亮的大小。整个拼图约132平方度，是地球上看到月亮视圆面大小的500多倍。（来源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, CEA Paris-Saclay, image processing by J.-C. Cuillandre, E. Bertin, G. Anselmi; ESA/Gaia/DPAC; ESA/Planck Collaboration）
站在更广阔的视角，这次发现再次印证了科学探索的独特魅力：一个诞生于草稿纸上的数学预言，经过百年技术积累，最终在深空观测中得到完美印证。正如爱因斯坦在1936年与《科学》杂志通信时所写的：“这种纯理论推导的现象能被实际观测到，实在是件美妙的事。”
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参考资料：
[1] Euclid: A complete Einstein ring in NGC 6505 by C. M. O’Riordan et al is published today in Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202453014
[2] Euclid discovers a stunning Einstein ring (https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Euclid_discovers_a_stunning_Einstein_ring)