广义相对论预测，大质量天体会弯曲时空，产生引力透镜效应。理论上，完美的引力透镜会形成“爱因斯坦环”，但实际观测中，由四个图像组成的“爱因斯坦十字”更为常见。这主要是因为形成光环所需的完美对齐和透镜质量的完美球对称两个条件在宇宙中极其罕见，而任何微小的偏差都会导致光线分裂成多个图像，形成十字形状。
什么是引力透镜？
当宇宙中存在一个大质量天体时，它会像透镜一样弯曲周围的时空。光线在经过这个“引力透镜”时路径会发生偏折。
- 背景光源： 位于引力透镜后方的遥远星系或类星体。
- 透镜效应： 背景光源发出的光被前景的大质量天体引力弯曲、扭曲和放大。
- 理想情况： 如果观测者、引力透镜和背景光源三者完美地排成一条直线，且透镜本身质量分布完全对称，我们就会看到一个被称为 爱因斯坦环 的完美光环。
- 现实情况： 这种完美条件极为罕见。更常见的情况是，背景光源的光被扭曲成多个图像，形成 爱因斯坦十字。
爱因斯坦环与环状星系的区分
虽然看起来相似，但这两种天体在本质上完全不同。
- 环状星系 (Ring Galaxy)： 这是一个单一的星系。它通常是由于一个较小的星系高速“撞穿”一个富含气体的星系中心而形成的。这次撞击导致气体向外扩散，形成一个恒星诞生的环带。
- 爱因斯坦环 (Einstein Ring)： 这是一种光学现象，涉及至少两个不同距离的天体。前景天体（透镜）的引力扭曲了更遥远的背景天体的光线，使其看起来像一个环。通过测量红移可以区分它们，环状结构会比中心天体有更大的红移，说明它更遥远。
为何十字比光环更常见？
形成完美爱因斯坦环的条件极其苛刻，这也是它如此罕见的原因。主要有两大障碍：
透镜的对称性 要形成光环，引力透镜的质量分布必须是完美的球对称，或者可以被视为一个质点。然而，真实的星系和星系团并非如此。它们通常是：
- 形状不规则： 大多是椭球形，而不是完美的球形。
- 结构复杂： 内部包含恒星、气体、尘埃和暗物质团块等不对称的子结构。
- 包含多个成员： 可能由多个星系、卫星星系或球状星团共同组成。
完美的几何对齐 要看到一个完整的光环，观测者、透镜和背景光源必须精确地排列在一条直线上。
哪怕是极微小的未对准（小于一度的几分之一），都会破坏形成光环的条件。
当这两个理想条件同时被打破时（这在宇宙中是常态），光线就不会形成一个完整的环，而是沿着几条不同的路径到达观测者，从而形成多个独立的像。
不完美造就了多样的形态
现实世界中的引力透镜形态，恰恰反映了其几何构造的不完美性。
- 近乎完美的环弧： 当透镜接近球对称，但对齐不完美时，通常会形成一个或多个明亮的弧，而不是完整的环。
- 对称的十字： 当对齐近乎完美，但透镜本身不对称（例如呈椭球形）时，会形成一个排列相对规整的爱因斯坦十字。
- 不对称的十字： 这是最常见的情况，即对齐不完美，同时透镜也不对称。这会导致形成的四个像亮度和位置都不同，呈现出歪斜的形态。
简而言之，宇宙的真实排列方式决定了我们看到的结果。引力透镜的形态为我们提供了一种独特的方式来探测透镜天体内部的暗物质分布和子结构。