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哈勃发现罕见的引力弧 这些影像是美国宇航局的哈勃空间望远镜拍摄的，显示100亿光年远的极大质量星系团后面的一个蓝光弧。影像提供：NASA, ESA, and A. Gonzalez (University of Florida, Gainesville), A. Stanford (University of California, Davis and Lawrence Livermore National Laboratory), and M. Brodwin (University of Missouri-Kansas City and Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics).眼见为实，除非你不相信你看到的。天文学家利用美国宇航局的哈勃空间望远镜发现了100亿光年远的极大质量星系团后面的一个令人困惑的蓝光弧。这个星系团是美国宇航局的斯必泽空间望远镜发现的，当宇宙只有目前年龄137亿岁的约四分之一时。这个巨大的弧是一个更加遥远的星系的延伸形状，它的光被那个极大质量星系团的强大引力扭曲了，这种效应被称为引力透镜。麻烦是这个弧不应该存在。“当我第一次看到它，我一直紧盯着它，心里想它会消失，”佛罗里达大学的安索尼冈萨雷斯说。“根据统计分析，弧在那个距离上应该极端罕见。在宇宙早期，在星系团后面没有足够的星系足够明亮得被观测到，即使它们被透镜或者被扭曲了。另一个问题是星系团随着回到过去越远，质量越小。因此更加难以发现一个质量足够大的星系团，它足以成为好的引力透镜，弯曲来自遥远星系的光。”星系团是成百上千个星系被引力束缚在一起的集合。它们是我们的宇宙内最大质量的结构。天文学家经常研究星系团，寻找它们后面的遥远的被放大的星系，否则那些星系太昏暗无法被望远镜观测到。已经在距离地球更近的星系团后面发现了许多那样的引力透镜星系。这次哈勃观测的令人惊奇之处在于探明了一个被极遥远星系团透镜的星系。这个星系团被命名为IDCS J1426.5+3508，是在宇宙早期发现的最大质量星系团，重达500万亿颗太阳的质量。它比在宇宙历史的早期发现的其他星系团大5-10倍。这个研究团队在利用美国宇航局的斯必泽空间望远镜并综合存档的光学影像的巡天中定位了这个星系团，那些光学影像是亚利桑那州图桑的基特峰国家天文台的国家光学天文台深空广角巡天计划的一部分。综合的影像让他们看到这个由非常红星系组成的星系团，这表明它们非常遥远。这个独特的系统组成了这个最遥远的星系团，“拥有”一个巨大的引力透镜弧。发现这个古老的引力弧可能对大爆炸后的瞬间在早期宇宙内星系团成长的环境是怎样建立的带来一个新的视角。这个弧是在2010年哈勃先进巡天相机拍摄的星系团的光学影像内被定位的。哈勃广角相机3（WFC3）的红外观测能力帮助提供了一个精确的距离，确认它成为迄今发现的最遥远星系团之一。一旦天文学家确定了星系团的距离，他们利用哈勃，毫米波天文学（CARMA）射电望远镜综合阵列，以及美国宇航局的钱德拉X射线空间望远镜，分别独立地确定了这个星系团是极大质量的。CARMA帮助天文学家确定了星系团的质量，通过测量来自大爆炸的原始光怎样受到影响，当它通过弥漫在星系团内的极端灼热而稀薄的气体时。然后，天文学家利用WFC3的观测绘制了星系团的质量，通过计算产生引力弧需要多大的星系团质量。钱德拉数据，揭示了星系团在X射线波段的亮度，也被用来测量星系团的质量。“在我们巡视的那么小一片天区内发现宇宙早期那样巨大的星系团的概率小于百分之一，”来自密苏里-堪萨斯城市大学的团队成员马克布罗德温说。“它和我们今天观测到的一些最大质量星系团分享相同的演化路径，包括后发星系团和最近发现的El Gordo星系团。”对弧的分析揭示了被透镜天体是一个正在形成恒星的星系，存在于100亿到130亿年前。这个团队希望再次利用哈勃获得被透镜星系的更加精确的距离。冈萨雷斯为弧考虑了几个可能的解释。一个解释是遥远的星系团和邻近的星系团不同，其核心具有更加致密的星系集中度，使得它们成为更好的放大镜。然而，根据统计分析，即使遥远的星系团核心更加致密，仍然不能够提供足够的引力产生冈萨雷斯观测到的那个弧。另一个解释是大爆炸后产生的物质初始的微观波动和标准宇宙学模拟预言的不同，因此产生了比预期更加大质量的星系团。“我没有被任何一个解释说服，”冈萨雷斯说。“毕竟，我们只发现了一个例子。我们确实需要研究更加极大质量的星系团，存在于80亿到100亿年前，来看看我们还能够发现多少被引力透镜的天体。”研究