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哈勃望远镜的工作原理是什么?

 让俺看看 2018-04-11

根据最近一项刊载于《自然天文学》(Nature Astronomy)杂志上的研究,这一纪录已经被刷新到90亿光年。由于恒星的尺寸很小,亮度较低,并且望远镜的分辨率是有限的,在正常情况下,哈勃太空望远镜只能识别出1亿光年内的单颗恒星。除了具有极高亮度的超新星爆发之外,哈勃不可能观测到这么远的恒星。那么,此次哈勃又是如何分辨出90亿光年之外的恒星呢?

这要得益于广义相对论的一大预言:引力透镜效应。任何有质量的物体都会导致周围的空间发生弯曲,质量越大,这种效应越明显。如果在我们的观测方向上有一个巨大的质量体,那么,远方的星光在经过该质量体附近时将会被弯曲,这个质量体就像宇宙中的天然望远镜一样能够放大遥远的背景图像,这就是引力透镜效应。不过,这种现象并不多见,只有当天体对准时才行。

在这项研究中,天文学家发现了一个距离我们50亿光年的星系团——MACS J1149+2223,它拥有巨大的质量,能够强烈弯曲周围空间。而在其后方40亿光年的地方有一颗恒星发出的光刚好经过这个星系团附近,引力透镜效应把背景恒星放大了两千倍,所以哈勃可以直接分辨出它。这一发现非常幸运,在2011年的时候天体还没有对准,无法看到这颗恒星,直到2016年才刚好看到它。

2011年和2016年的对比图/Credit: NASA

这颗遥远的恒星被命名为MACS J1149 Lensed Star 1(LS1),这是一颗蓝超巨星,它发出的光经过90亿年的太空旅行才传播到地球上。当年LS1在发出我们现在所看到的光时,太阳系还没有形成,距离宇宙诞生已过去48亿年。但由于空间的膨胀,目前这颗恒星已经退行到距离我们143亿光年的地方。不过,考虑这颗恒星的质量巨大,它早已爆发成超新星,目前已经消失在宇宙中。

参考论文:P. L. Kelly, J. M. Diego, B. J. Weiner, Extreme magnification of an individual star at redshift 1.5 by a galaxy-cluster lens, Nature Astronomy 2018, 2, 334-342.

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