哈勃证实遥远的巨型星系团产生的罕见引力透镜弧
2012.6.26：借助美国宇航局（NASA）的哈勃太空望远镜，天文学家在遥远的100亿光年外的超星系团后方，发现了一条神秘的光弧。该超星系团由NASA的斯皮策（红外）空间望远镜发现，它存在于137亿年宇宙历史的最初1/4时段。
哈勃拍摄的遥远星系团和其产生的巨大光弧，版权：NASA，ESA，原作者
眼见为实，除非你不相信你所看到的。
借助美国宇航局（NASA）的哈勃太空望远镜，天文学家在遥远的100亿光年外的超星系团后方，发现了一条神秘的光弧。该超星系团由NASA的斯皮策（红外）空间望远镜发现，它存在于137亿年宇宙历史的最初1/4时段。
问题在于，这个弧理论上是不能存在的。
报告首席作者、美国盖恩斯维尔市佛罗里达州立大学的安东尼?冈萨雷斯（Anthony Gonzalez）说：“当我首次看到这条光弧，我盯着它，希望它会消失。根据统计分析，遥远时空中的（引力透镜）弧是极为罕见的。因为在早期宇宙时代，根本没有足够亮的星系位于那些本身就很遥远的星系团背后，既使它们的光能被星系团‘扭曲’。另一个问题是：越回溯宇宙的早期时代，星系团的质量越小。因此，极难发现一个拥有足够质量的星系团，来作为好的引力透镜，强力更早期、更遥远背景星系的光。”
星系团是成百上千的星系集团，通过引力组合在一起。它们是宇宙中最大质量的天体结构。天文学家频繁地观测星系团，通过它们的放大作用观测更遥远的背景星系；没有引力透镜作用，那些星系就暗弱得无法看到。在离地球相对较近的星系团后方，我们已经发现了许多被引力透镜放大的星系。
但在哈勃图像中，令人惊讶地在极其遥远的星系团后方发现了一条光弧。这个编号IDCS J1426.5+3508的星系团是早期宇宙时代已知的最大质量星系团——约为500万亿个太阳（银河系仅约7千亿个太阳太阳质量）；比同时代的其他星系团大了5～10倍。团队在使用斯皮策红外望远镜进行观测，与早先的国家光学天文台（NOAO）进行的深空广域（可见光）巡天（DWFS）档案进行对比时发现的。 DWFS由亚利桑那州图森市的基特峰国立天文台（KPNO）实施。对比图像显示星系团整体上非常红，换句话说，极其遥远。
哈勃WFC3拍摄的星系团全景，以及两条蓝色的引力透镜弧。图中蓝色代表814nm的近红外光，橙色代表1.6微米红外光。
这次发现的独特系统是含有巨大引力透镜弧的极遥远星系团。这个古老的透镜弧也许能让我们深入洞悉在宇宙大爆炸后的早期环境是怎样的，巨型星系团在其中是如何成长的。
在哈勃高级巡天相机（ACS）于2010年拍摄的可见光图像中，也找到了该光弧。哈勃第三代广域相机（WFC3）的红外能力提供了精确距离测量（红移），确认它是已知的最遥远星系团之一。
天文学家确定了星系团距离后，立刻申请了哈勃、毫米波研究射电阵列（CARMA）和钱德拉X线望远镜分别测量星系团的巨大质量。
CARMA通过测量宇宙大爆炸后的原始背景辐射在通过星系团中弥散的炽热稀薄气体时受到的影响，而间接确定星系团的质量。接着天文学家通过WFC3的观测图像，分析要产生如此巨大的弧，需要多少质量。钱德拉通过测量星系团中炽热气体发射的X线辐射量，而测定星系团的质量。
研究团队成员、密苏里大学堪萨斯分校的Mark Brodwin说：“在我们搜寻过的如此早期宇宙中，发现这样巨大星系团的可能性不到1%。它与某些我们已经发现的超大质量星系团共享同一个演化途径，包括后发座星系团、大胖子星系团等。”
哈勃拍摄的光弧的放大图像
对光弧的分析显示被透镜的天体是一个正在形成恒星的星系，存在于100~130亿年前。团队希望再次使用哈勃望远镜，更精确测定光弧的距离（红移值）。
冈萨雷斯给出了光弧的几种可能的解释。
一种可能是：与邻近的星系团不同，遥远星系团中的星系没有稠密的星系核，因此放大效果更佳。当然，根据统计分析，既使那些遥远的星系核是稠密的，附加的体积也足以产生足够的引力透镜效果，产生巨大的光弧。
另一种可能是宇宙大爆炸后，最初的物质分布的微扰可能与标准宇宙模型模拟的不同，因此形成了超过预期的超大质量星系团。
PDF中的插图，本文研究的星系团与几个著名的巨型超星系团的质量对比。
冈萨雷斯总结说：“我们还不能相信任何的解释，更何况现在还只有一个样本。我们真的需要多多研究存在于80～100亿年间的超星系团，从中发现到底有多少被引力透镜的遥远天体。”
团队的三份研究报告已经发表在网上，并将刊登在2012.7.10出版的《天体物理学》期刊上。三篇报告的首席作者分别是：冈萨雷斯、Mark Brodwin，以及加州大学戴维斯分校的Adam Stanford。
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