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被引力透镜放大的遥远星系
发布时间:2019-11-30
 

2012.2.2:天文学家团队借助哈勃太空望远镜拍摄了一个引力透镜的显著案例——RCS2 032727-132623星系团,它形成的透镜弧几乎有90°长。假如没有引力透镜的帮助,哈勃肯定无法获得近100亿光年远的背景星系如此诸多的细节。

此引力透镜原图:


被引力透镜放大的遥远星系



哈勃拍摄的引力透镜弧:


被引力透镜放大的遥远星系



感谢太空中的天然“透镜”相助,美国宇航局(NASA)的哈勃太空望远镜获得了独特的近距离观测最明亮的“放大”星系的机会。

本观测提供了研究当宇宙只有其1/3年龄时,星系是如何旺盛地形成恒星的极难得机会。

根据广义相对论,大质量的天体能够弯曲周围的时空,质量越大,效应越明显。比如太阳、黑洞或者整个星系团。非常遥远的背景星系的光经过该区域,就会被弯曲,像经过巨型透镜一样,形成放大、扭曲、变亮的像。这就是引力透镜。假如没有引力透镜的帮助,哈勃肯定无法获得近100亿光年远的背景星系(红移z=1.701)如此多的细节。


被引力透镜放大的遥远星系


由马里兰州格林贝尔市美国宇航局戈达德太空飞行中心的Jane Rigby(女)领导的天文学家团队,借助哈勃太空望远镜拍摄了一个引力透镜的显著案例——RCS2 032727-132623星系团(z=0.564),它形成的透镜弧几乎有90°长。

研究报告已经被《天体物理学》期刊接受,首席作者为芝加哥大学Kavli宇宙物理研究所的克伦•莎伦(Keren Sharon,女)。Michael Gladders教授和研究生Eva Wuyts(女)也是报告的关键作者。图为:PDF中的引力透镜弧分析图1


被引力透镜放大的遥远星系



引力透镜帮助我们了解100亿年前的星系是如何演化到我们现在这样的。邻近星系大部分已经成熟,处于恒星形成阶段的末端;而遥远星系告诉我们宇宙初期的历史,这些宇宙早期的光现在终于抵达地球。但是,非常遥远的星系不但很暗,还成像极小;而天文学家却企图深入这些星系,了解恒星形成的细节。这些细节已经小于哈勃的图像分辨率,所以如果没有引力透镜的放大效应,就无法观测到。

2006年,天文学家团队使用智利的甚大望远镜(VLT)测量了这些遥远的光弧,数据分析表明引力透镜使星系至少变亮3倍。2011年,他们又使用哈勃的第三代广域相机(WFC3)观测和分析这些光弧。

PDF中的引力透镜弧分析图2,红色是空间的质量密度分布曲线


被引力透镜放大的遥远星系



前方的引力透镜星系团使后方星系形成多个扭曲的像,团队面临的挑战是如何恢复没被扭曲的原星系像。

哈勃的高分辨率使天文学家能够移除扭曲效应,重建星系的原始图像。重建后的恒星诞生区就像闪亮的圣诞树,远远亮于银河系中的任何恒星形成区(比如M42、M8)。 遥远星系复原效果图


被引力透镜放大的遥远星系



通过光谱分析(把星光展开为单色谱线),团队希望彻底分析那些恒星诞生区,以了解何以能形成如此多的恒星。

引力透镜是指引力场源对位于其后的天体发出的电磁辐射所产生的会聚或多重成像效应。因类似凸透镜的汇聚效应,因而得名。(这个定义我有点不能理解,但是大致意思就是引力透镜星系能够放大其后面距离地球更远的星系,使得人类的大型天文望远镜能够详细地观测到它们。)