來自洛桑聯邦理工學院（EPFL）的一組科學家發現了一種利用強引力透鏡現象的方法，其精度比任何現有技術都高出約三倍，可以精確地估算出容納類星體的星系的質量，並追踪其在宇宙時間中的演變。

洛桑聯邦理工學院的研究人員利用引力透鏡技術提高了類星體宿主星系質量的測量精度，為早期宇宙星系演化和黑洞形成提供了更深入的見解。

這些關於類星體所在星系質量的知識有助於我們了解早期宇宙中星系的演化，有助於構建星系形成和黑洞增長的模型。這些發現最近發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上。

該研究的資深作者、EPFL天體物理學家弗雷德里克-庫爾班（Frédéric Courbin）說：”引力透鏡實現了前所未有的精確度和準確性，為在遙遠宇宙中獲得可靠的質量估計值提供了一條新途徑，而在遙遠宇宙中，傳統技術缺乏精確度，而且容易出現偏差。”

該研究的第一作者馬丁-米隆（Martin Millon）解釋說：”過去曾測量過宿主星系的質量，但由於引力透鏡的存在，這是在遙遠的宇宙中第一次如此精確地測量宿主星系的質量。”

類星體是一個超大質量黑洞的發光體，它位於宿主星系的中心，會吸積周圍的物質。通常很難測量類星體的宿主星係有多重，因為類星體是非常遙遠的天體，還因為類星體非常明亮，會遮住其附近的任何物體。

通過引力透鏡，我們可以計算出透鏡物體的質量。根據愛因斯坦的引力理論，我們知道夜空中前景的大質量天體–引力透鏡–是如何彎曲來自背景天體的光線的。由此產生的奇怪光環，實際上是引力透鏡對背景天體光線的扭曲。

SDSS J0919+2720。資料來源：NASA、ESA 和F. Courbin（瑞士EPFL）

十多年前，當庫爾班意識到可以將類星體和引力透鏡這兩者結合起來測量類星體宿主星系的質量時，他騎著自行車來到了索維尼天文台。為此，他必須在一個同時充當引力透鏡的星系中找到一個類星體。

斯隆數字巡天（SDSS）數據庫是搜索引力透鏡類星體候選者的好地方，但為了確保萬無一失，庫爾班必須看到透鏡環。2010 年，他和同事利用哈勃太空望遠鏡觀測了4 個候選類星，其中3 個出現了透鏡現象。在這三個候選天體中，有一個因其特有的引力透鏡環而脫穎而出： SDSS J0919+2720。

庫爾賓解釋說：”SDSS J0919+2720 的HST 圖像顯示，前景中有兩個明亮的天體，它們都是引力透鏡，可能是兩個正在合併的星系。左邊的是一個明亮的類星體，位於一個暗得無法觀測到的宿主星系中。右邊的亮物體是另一個星系，是主引力透鏡。最左邊的暗淡物體是一個伴星系。特徵環是來自背景星系的變形光。”

通過仔細分析SDSS J0919+2720 中的引力透鏡環，原則上可以確定兩個明亮天體的質量，如果沒有共同作者艾默里克-加蘭（Aymeric Galan）最近開發的基於小波的透鏡建模技術，就不可能釐清各個天體的質量。

伽蘭解釋說：”天體物理學最大的挑戰之一是了解超大質量黑洞是如何形成的。知道了它的質量、它與宿主星系的比較以及它在宇宙中的演變過程，我們就能摒棄或驗證某些形成理論”。

“在本宇宙中，我們觀察到質量最大的星系中心也有質量最大的黑洞。這可能表明，星系的生長受其中心黑洞輻射並註入星系的能量調節。”米隆解釋說：”然而，為了驗證這一理論，我們仍然需要對這些相互作用進行研究，不僅是在本地，而且還要在遙遠的宇宙中進行研究。”

引力透鏡事件非常罕見，只有千分之一的星系會出現這種現象。由於類星體在每一千個星系中才會出現一個，因此類星體作為透鏡的概率是百萬分之一。今年夏天，歐空局和美國國家航空航天局（ESA-NASA）將用獵鷹-9 SpaceX 火箭發射”歐幾里得”號任務，科學家們希望能探測到數百顆這樣的透鏡類星體。