被引力透鏡放大的遙遠星系

2020-12-08 騰訊網

2012.2.2：天文學家團隊藉助哈勃太空望遠鏡拍攝了一個引力透鏡的顯著案例——RCS2 032727-132623星系團，它形成的透鏡弧幾乎有90°長。假如沒有引力透鏡的幫助，哈勃肯定無法獲得近100億光年遠的背景星系如此諸多的細節。

此引力透鏡原圖：

哈勃拍攝的引力透鏡弧：

感謝太空中的天然「透鏡」相助，美國宇航局（NASA）的哈勃太空望遠鏡獲得了獨特的近距離觀測最明亮的「放大」星系的機會。

本觀測提供了研究當宇宙只有其1/3年齡時，星系是如何旺盛地形成恆星的極難得機會。

根據廣義相對論，大質量的天體能夠彎曲周圍的時空，質量越大，效應越明顯。比如太陽、黑洞或者整個星系團。非常遙遠的背景星系的光經過該區域，就會被彎曲，像經過巨型透鏡一樣，形成放大、扭曲、變亮的像。這就是引力透鏡。假如沒有引力透鏡的幫助，哈勃肯定無法獲得近100億光年遠的背景星系（紅移z=1.701）如此多的細節。

由馬裡蘭州格林貝爾市美國宇航局戈達德太空飛行中心的Jane Rigby（女）領導的天文學家團隊，藉助哈勃太空望遠鏡拍攝了一個引力透鏡的顯著案例——RCS2 032727-132623星系團（z=0.564），它形成的透鏡弧幾乎有90°長。

研究報告已經被《天體物理學》期刊接受，首席作者為芝加哥大學Kavli宇宙物理研究所的克倫?莎倫（Keren Sharon，女）。Michael Gladders教授和研究生Eva Wuyts（女）也是報告的關鍵作者。圖為：PDF中的引力透鏡弧分析圖1

引力透鏡幫助我們了解100億年前的星系是如何演化到我們現在這樣的。鄰近星系大部分已經成熟，處於恆星形成階段的末端；而遙遠星系告訴我們宇宙初期的歷史，這些宇宙早期的光現在終於抵達地球。但是，非常遙遠的星系不但很暗，還成像極小；而天文學家卻企圖深入這些星系，了解恆星形成的細節。這些細節已經小於哈勃的圖像解析度，所以如果沒有引力透鏡的放大效應，就無法觀測到。

2006年，天文學家團隊使用智利的甚大望遠鏡（VLT）測量了這些遙遠的光弧，數據分析表明引力透鏡使星系至少變亮3倍。2011年，他們又使用哈勃的第三代廣域相機（WFC3）觀測和分析這些光弧。

PDF中的引力透鏡弧分析圖2，紅色是空間的質量密度分布曲線

前方的引力透鏡星系團使後方星系形成多個扭曲的像，團隊面臨的挑戰是如何恢復沒被扭曲的原星系像。

哈勃的高解析度使天文學家能夠移除扭曲效應，重建星系的原始圖像。重建後的恆星誕生區就像閃亮的聖誕樹，遠遠亮於銀河系中的任何恆星形成區（比如M42、M8）。 遙遠星系復原效果圖

通過光譜分析（把星光展開為單色譜線），團隊希望徹底分析那些恆星誕生區，以了解何以能形成如此多的恆星。

引力透鏡是指引力場源對位於其後的天體發出的電磁輻射所產生的會聚或多重成像效應。因類似凸透鏡的匯聚效應，因而得名。（這個定義我有點不能理解，但是大致意思就是引力透鏡星系能夠放大其後面距離地球更遠的星系，使得人類的大型天文望遠鏡能夠詳細地觀測到它們。）

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