哈勃證實遙遠的巨型星系團產生的罕見引力透鏡弧

哈勃拍攝的遙遠星系團和其產生的巨大光弧，版權：NASA，ESA，原作者眼見為實，除非你不相信你所看到的。藉助美國宇航局（NASA）的哈勃太空望遠鏡，天文學家在遙遠的100億光年外的超星系團後方，發現了一條神秘的光弧。該超星系團由NASA的斯皮策（紅外）空間望遠鏡發現，它存在於137億年宇宙歷史的最初1/4時段。問題在於，這個弧理論上是不能存在的。報告首席作者、美國蓋恩斯維爾市佛羅里達州立大學的安東尼?岡薩雷斯（Anthony Gonzalez）說：「當我首次看到這條光弧，我盯著它，希望它會消失。根據統計分析，遙遠時空中的（引力透鏡）弧是極為罕見的。因為在早期宇宙時代，根本沒有足夠亮的星系位於那些本身就很遙遠的星系團背後，既使它們的光能被星系團『扭曲』。另一個問題是：越回溯宇宙的早期時代，星系團的質量越小。因此，極難發現一個擁有足夠質量的星系團，來作為好的引力透鏡，強力更早期、更遙遠背景星系的光。」星系團是成百上千的星系集團，通過引力組合在一起。它們是宇宙中最大質量的天體結構。天文學家頻繁地觀測星系團，通過它們的放大作用觀測更遙遠的背景星系；沒有引力透鏡作用，那些星系就暗弱得無法看到。在離地球相對較近的星系團後方，我們已經發現了許多被引力透鏡放大的星系。但在哈勃圖像中，令人驚訝地在極其遙遠的星系團後方發現了一條光弧。這個編號IDCS J1426.5+3508的星系團是早期宇宙時代已知的最大質量星系團——約為500萬億個太陽（銀河系僅約7千億個太陽太陽質量）；比同時代的其他星系團大了5～10倍。團隊在使用斯皮策紅外望遠鏡進行觀測，與早先的國家光學天文台（NOAO）進行的深空廣域（可見光）巡天（DWFS）檔案進行對比時發現的。 DWFS由亞利桑那州圖森市的基特峰國立天文台（KPNO）實施。對比圖像顯示星系團整體上非常紅，換句話說，極其遙遠。

哈勃WFC3拍攝的星系團全景，以及兩條藍色的引力透鏡弧。圖中藍色代表814nm的近紅外光，橙色代表1.6微米紅外光。這次發現的獨特系統是含有巨大引力透鏡弧的極遙遠星系團。這個古老的透鏡弧也許能讓我們深入洞悉在宇宙大爆炸後的早期環境是怎樣的，巨型星系團在其中是如何成長的。在哈勃高級巡天相機（ACS）於2010年拍攝的可見光圖像中，也找到了該光弧。哈勃第三代廣域相機（WFC3）的紅外能力提供了精確距離測量（紅移），確認它是已知的最遙遠星系團之一。天文學家確定了星系團距離後，立刻申請了哈勃、毫米波研究射電陣列（CARMA）和錢德拉X線望遠鏡分別測量星系團的巨大質量。CARMA通過測量宇宙大爆炸後的原始背景輻射在通過星系團中彌散的熾熱稀薄氣體時受到的影響，而間接確定星系團的質量。接著天文學家通過WFC3的觀測圖像，分析要產生如此巨大的弧，需要多少質量。錢德拉通過測量星系團中熾熱氣體發射的X線輻射量，而測定星系團的質量。研究團隊成員、密蘇里大學堪薩斯分校的Mark Brodwin說：「在我們搜尋過的如此早期宇宙中，發現這樣巨大星系團的可能性不到1%。它與某些我們已經發現的超大質量星系團共享同一個演化途徑，包括后髮座星系團、大胖子星系團等。」

哈勃拍攝的光弧的放大圖像對光弧的分析顯示被透鏡的天體是一個正在形成恆星的星系，存在於100~130億年前。團隊希望再次使用哈勃望遠鏡，更精確測定光弧的距離（紅移值）。岡薩雷斯給出了光弧的幾種可能的解釋。一種可能是：與鄰近的星系團不同，遙遠星系團中的星系沒有稠密的星系核，因此放大效果更佳。當然，根據統計分析，既使那些遙遠的星系核是稠密的，附加的體積也足以產生足夠的引力透鏡效果，產生巨大的光弧。另一種可能是宇宙大爆炸後，最初的物質分布的微擾可能與標準宇宙模型模擬的不同，因此形成了超過預期的超大質量星系團。

PDF中的插圖，本文研究的星系團與幾個著名的巨型超星系團的質量對比。岡薩雷斯總結說：「我們還不能相信任何的解釋，更何況現在還只有一個樣本。我們真的需要多多研究存在於80～100億年間的超星系團，從中發現到底有多少被引力透鏡的遙遠天體。」團隊的三份研究報告已經發表在網上，並將刊登在2012.7.10出版的《天體物理學》期刊上。三篇報告的首席作者分別是：岡薩雷斯、Mark Brodwin，以及加州大學戴維斯分校的Adam Stanford。 Tags：哈勃 星系團 引力透鏡
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