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早期宇宙星系的光路经巨大重力场,“扭曲”成 4 条长光弧

2024-11-25 228


夜空中最明亮的重力透镜效应星系之一!哈伯太空望远镜最近释出一张新图像,发现早期宇宙一个星系发出的光被途中超大星系团“拦路”,致使星系的光在这张照片上形成了至少 4 个弧。

这个位于早期宇宙的极遥远星系称为 PSZ1 G311.65-18.48,昵称“Sunburst Arc”,距离地球 110 亿光年。众所皆知重力是束缚宇宙的一种无形力量,物体质量越大,重力也越强,而重力除了能吸引有形物质外,也可以扭曲光经过重力场时的路径。

爱因斯坦在广义相对论中预言了重力透镜效应,即背景光源(如星系、星系团)所发出的光,在经过重力场(比如星系、星系团及黑洞)附近时会像通过透镜一样产生弯曲现象,从地球观测者角度看去的话,这些光会形成一条条圆弧(爱因斯坦环)。

现代天文学观测已证实了重力透镜效应存在,并且透过分析光源扭曲程度,除了可研究中间作为“透镜”的重力场性质外,也能帮助天文学家研究早期宇宙星系,不然这些星系通常因距离太远而微弱看不清。

而哈伯太空望远镜的最新图像,让我们看到了最明亮的重力透镜效应星系之一。有个超庞大星系团距离地球 46 亿光年远,刚好卡在哈伯望远镜与 Sunburst Arc 星系的中间,于是我们发现 Sunburst Arc 星系发出的光被这个星系团给扭曲了,形成至少 4 条长长的圆弧,并且星系团还将 Sunburst Arc 星系的亮度提高 10~30 倍。

大爆炸后约 30 万年,宇宙是个完全不透明、充满中性氢的环境,但因为某些事件,氢开始被电离,宇宙才逐渐掀开浓雾。天文学家认为,应是第一批恒星与星系散发的辐射电离了中性氢,但要使氢离子化,这些高能辐射除了得强大到能逃开宿主星系外,还不能被星际介质吸收,目前仅发现少数几个星系可“漏出”高能光子到深空。

现在,这几道光弧包含了一个重要线索:某些光子可以在大量中性气体介质中,从狭窄的通道“泄漏”出来。虽然这个过程不太可能成为导致宇宙重新电离的主要机制,但很可能发挥决定性推动作用。

新论文发表在《科学》(Science)期刊。

  • Hubble captures a dozen galaxy doppelgangers
  • Intense Gravity Makes One Galaxy Appear in The Sky at Least 12 Times
  • Light leaking from a distant galaxy hints at a cosmic makeover’s origins
  • Hubble Captures a Dozen Sunburst Arc Doppelgangers

(首图来源:哈伯太空望远镜/欧洲太空总署)

延伸阅读:

  • 最精确星系重力透镜效应研究,再次强化爱因斯坦是对的
  • 超大质量星系团扭曲光线,哈伯望远镜从中拍下优雅爱因斯坦环
2019-11-15 08:02:00

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