該成果以“First Resolution of Microlensed Images of a Binary-Lens Event”為題，于2024年12月17日發(fā)表在國(guó)際天文專業(yè)期刊《天體物理雜志》(The Astrophysical Journal)上。論文第一作者為北京大學(xué)天文學(xué)系博士生吳澤炫，通訊作者為東蘇勃教授，科維理研究所助理教授上官晉沂為論文的主要作者之一，合作者還包括ESO、德國(guó)馬克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)以及美國(guó)、波蘭、新西蘭、瑞典、澳大利亞等多國(guó)研究機(jī)構(gòu)的研究人員。
 

　　微引力透鏡現(xiàn)象是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的重要預(yù)言之一。當(dāng)一顆背景恒星與前景天體在視線方向上幾乎重合時(shí)，前景天體(“透鏡”)的引力場(chǎng)會(huì)使來(lái)自背景恒星的光線產(chǎn)生偏折，從而形成多重像甚至環(huán)狀像(即“愛(ài)因斯坦環(huán)” )。然而，銀河系內(nèi)典型的微引力透鏡事件的愛(ài)因斯坦環(huán)角半徑大小僅為毫角秒量級(jí)(一毫角秒等于360萬(wàn)分之一度)，遠(yuǎn)小于最大單口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的分辨極限，因而直接分辨微引力透鏡的多重像極為困難。通?？捎^測(cè)的效應(yīng)是，背景恒星在透鏡天體的引力聚焦下變亮。當(dāng)前人們通過(guò)大視場(chǎng)巡天實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海量恒星的亮度變化，來(lái)發(fā)現(xiàn)微引力透鏡事件。這種亮度的變化源于透鏡天體的引力作用、不取決于透鏡本身的亮度，所以微引力透鏡可用來(lái)探測(cè)暗弱的、甚至完全不發(fā)光的天體，例如流浪行星、中子星和黑洞等。微引力透鏡是目前唯一能夠探測(cè)孤立恒星級(jí)黑洞的方法。
 

　　證認(rèn)黑洞需要準(zhǔn)確測(cè)量透鏡天體的質(zhì)量。但是，光變曲線(即亮度隨時(shí)間變化)的測(cè)量往往只能給出透鏡天體質(zhì)量與距離的函數(shù)關(guān)系，還需要關(guān)鍵的觀測(cè)量——愛(ài)因斯坦環(huán)角半徑來(lái)打破參數(shù)簡(jiǎn)并，定出透鏡天體質(zhì)量。使用VLTI光干涉分辨微引力透鏡所成的像，可實(shí)現(xiàn)高精度直接測(cè)量愛(ài)因斯坦環(huán)角半徑， 從而測(cè)量透鏡質(zhì)量。2019年，東蘇勃團(tuán)隊(duì)發(fā)表了首次成功分辨了微引力透鏡雙像的成果，其透鏡天體為一顆0.5倍太陽(yáng)質(zhì)量的紅矮星。
 

圖一：2022年1月22日VLTI GRAVITY觀測(cè)時(shí)ASASSN-22av微引力透鏡事件所成的像（橙色區(qū)域）。兩個(gè)透鏡天體的視位置如青色點(diǎn)所示，與背景恒星（橙色圓圈所示）的視位置間距很小，所成的像接近一個(gè)完整的愛(ài)因斯坦環(huán)。羅盤示意正北和正東。
 

　　2022年1月19日，國(guó)際合作項(xiàng)目“全天自動(dòng)化超新星巡天”(ASAS-SN)發(fā)現(xiàn)了微引力透鏡事件ASASSN-22av。ASAS-SN在全球部署了6個(gè)節(jié)點(diǎn)(共24臺(tái)望遠(yuǎn)鏡)，對(duì)全天開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中1個(gè)節(jié)點(diǎn)由北京大學(xué)提供經(jīng)費(fèi)支持，位于中科院新疆天文臺(tái)南山觀測(cè)站。該事件是在ASAS-SN的南非節(jié)點(diǎn)拍攝的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的。收到ASASSN-22av預(yù)警后，研究團(tuán)隊(duì)迅速申請(qǐng)到ESO臺(tái)長(zhǎng)機(jī)動(dòng)時(shí)間，成功獲得了三晚的VLTI GRAVITY高質(zhì)量光干涉數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)光變曲線的建模，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)透鏡系統(tǒng)由兩個(gè)天體構(gòu)成。雙透鏡成的像要比單透鏡復(fù)雜，分析光干涉數(shù)據(jù)的難度也相應(yīng)的大得多：對(duì)于理想的點(diǎn)源，單透鏡成兩個(gè)像，而雙透鏡則成三個(gè)或五個(gè)像，且需要考慮背景恒星源的大小所造成的“延展源效應(yīng)”。團(tuán)隊(duì)發(fā)展了針對(duì)雙透鏡光干涉數(shù)據(jù)的建模方法，開展了對(duì)光變曲線和光干涉數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，成功分辨了多重像，并實(shí)現(xiàn)以0.3%的精度測(cè)量了ASASSN-22av的愛(ài)因斯坦環(huán)角半徑，為0.724 ± 0.002毫角秒。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還精確測(cè)量了透鏡天體的物理參數(shù)：雙星系統(tǒng)中的兩顆恒星質(zhì)量分別為太陽(yáng)質(zhì)量的0.258 ± 0.008倍和0.130 ± 0.007倍，二者間距約為7個(gè)天文單位(天文單位為日地平均距離)，軌道周期約為28年。該方法未來(lái)可應(yīng)用于尋找寬距雙星中的黑洞，與引力波、X射線雙星等方法探測(cè)的間距更近的雙星系統(tǒng)形成互補(bǔ)。
 

　　東蘇勃團(tuán)隊(duì)及合作者正在利用GRAVITY開展對(duì)恒星級(jí)黑洞的系統(tǒng)搜尋。GRAVITY是MPE主導(dǎo)研發(fā)的近紅外干涉儀。MPE聯(lián)合ESO等單位正在大幅升級(jí) GRAVITY的性能，預(yù)期到2025年，其探測(cè)靈敏度將有數(shù)量級(jí)的提升，屆時(shí)有望批量發(fā)現(xiàn)恒星級(jí)黑洞。
 

　　這項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、新基石科學(xué)基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)有償使用國(guó)外望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃(TAP)等項(xiàng)目的支持。