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科学家发现70亿光年外复杂星系引力透镜效应

楼主:实验核天体物理 时间:2018-05-15 13:05:01

由于大质量天体强大的引力作用会导致其周遭的时空出现弯曲,因此经过大质量天体周围的光线也将被弯曲。近日,天文学家们发现一个拥有复杂结构,类似眼睛的环状结构,这是两个不同背景星系的光被一个大质量前景星系扭曲之后形成的结果

  这个天体被命名为“荷鲁斯之眼”,它将帮助加深我们对宇宙历史的理解。在图中,充当引力透镜体的天体编号“L”,而内外两个光芒被扭曲的背景星系则分别用“S1”和“S2”表示。其中亮度不同的团块结构则按照其亮度顺序编号

  新浪科技讯北京时间7月27日消息,据英国《每日邮报》报道,由于大质量天体强大的引力作用会导致其周遭的时空出现弯曲,因此经过大质量天体周围的光线也将被弯曲。

  当具有巨大质量的大型星系恰好位于我们的观测视线方向上时,它们会改变我们从地球观察时所看到的其他天体的形态和位置。比如说,如果有两个星系沿着我们的视线方向排成一线,那么在我们看来,后面那个星系就不再是一个点,而是会表现为一个扭曲的光环,被称作“爱因斯坦环”(Einstein rings),因为其存在最早是由爱因斯坦在其广义相对论中预言的。

  但最近科学家们观测到一个不同寻常的“眼睛结构”,其结构相比之下更加复杂且罕见——这是两个较远的星系发出的光线被前景方向上一个大质量星系扭曲之后呈现的效果,形成类似眼镜的形状。

  科学家们将这个结构称作“荷鲁斯之眼”( The Eye of Horus),在古埃及神话中,“荷鲁斯之眼”是鹰头神荷鲁斯的眼睛,具有神圣的含义,代表神明的庇佑与至高无上的君权。研究人员认为这一古老的天体结构将帮助我们加深对于宇宙历史的理解。

  左图显示的是剔除中心透镜天体之后的样子。右图显示的则是重建之后的内部结构图。红色源代表一个星系S1,蓝色源代表另一个星系S2

  爱因斯坦的广义相对论指出质量会弯曲时空,因此经过大质量天体附近的天体光线会改变传播路径

  该现象所涉及的三个星系距离地球分别为70亿、90亿和105亿光年远。遥远星系的光芒在抵达地球之前往往要在空间中传播数十亿年之久,它们在传播途中会不断被沿途所经过的各类星系天体扭曲而发生变化。

  在某些情况下,前景星系的引力作用会同时弯曲后方多个背景星系的光芒。尽管这样的情况极其少见,但它们能够向我们提供一种独特的机会,用于对一些基本物理学理论进行验证。而在近期,科学家们便观测到这样的一个案例。

  这项发现采用了日本昴星团望远镜的数据,这台望远镜是日本目前最大口径的光学望远镜,建造在美国夏威夷莫纳克亚山顶,行政上隶属于日本国立天文台(NAOJ)。近日,在日本东京三鹰地区的日本国立天文台总部举行了由专业的天文学家和学生们参与的研讨会,对昴星团望远镜“超高级相机”(HSC)采集的数据进行了分析,正是在这场研讨会期间进行的这些分析工作中,研究人员们注意到了这个不同寻常的宇宙之眼。

  发表在《科学》杂志上,介绍本次发现的相关论文的第一作者田中賢幸表示:“当我和学生们一同观察HSC拍摄的图像时,我们无意间注意到一个环状的星系,我们立即意识到这是引力透镜效应。如果没有该巡天项目获取的海量数据,以及能够探测到遥远天体微弱光芒,从而获取深空天体高质量图像的探测设备,我们是很难发现这样一个罕见的天体的。”

  科学家们将这个结构称作“荷鲁斯之眼”( The Eye of Horus),在古埃及神话中,“荷鲁斯之眼”是鹰头神荷鲁斯的眼睛,具有神圣的含义,代表神明的庇佑与至高无上的君权

 一位参加此次研讨会的学生表示:“这是我第一次分析由HSC拍摄的天体图像,我完全不知道这样一个环状天体究竟是什么。得知这个天体竟是如此罕见而独特,令我感到惊奇!”

  昴星团望远镜获取的图像显示出该天体内部复杂的环状结构和丰富的色彩。

  这就意味着有两个不同的背景星系的光芒被同一个前景星系的引力场扭曲了。该研究的第二作者,同样来自日本国立天文台的肯尼斯·王(Kenneth Wong)表示:“相关光谱分析已经揭示出有关背景星系的一些非常有趣的特征。”

  他说:“他们不仅确认了该引力透镜结构的形成包含有两个处于不同距离位置上的不同星系,并且发现其中更远的那个背景星系内部似乎存在两个分离的团块,这可能是一个有趣的双星系系统。另外,在拍摄的关于那个背景星系的诸多图像中,有一张上面还能看到一个暗弱的星系目标,那可能是这个背景星系自身的一个卫星星系,由于非常暗弱,难以观测到。”


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