早期宇宙星系的光路經巨大重力場,「扭曲」成 4 條長光弧

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 14 日 18:29 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


夜空中最明亮的重力透鏡效應星系之一!哈伯太空望遠鏡最近釋出一張新圖像,發現早期宇宙一個星系發出的光被途中超大星系團「攔路」,致使星系的光在這張照片上形成了至少 4 個弧。

這個位於早期宇宙的極遙遠星系稱為 PSZ1 G311.65-18.48,暱稱「Sunburst Arc」,距離地球 110 億光年。眾所皆知重力是束縛宇宙的一種無形力量,物體質量越大,重力也越強,而重力除了能吸引有形物質外,也可以扭曲光經過重力場時的路徑。

愛因斯坦在廣義相對論中預言了重力透鏡效應,即背景光源(如星系、星系團)所發出的光,在經過重力場(比如星系、星系團及黑洞)附近時會像通過透鏡一樣產生彎曲現象,從地球觀測者角度看去的話,這些光會形成一條條圓弧(愛因斯坦環)。

現代天文學觀測已證實了重力透鏡效應存在,並且透過分析光源扭曲程度,除了可研究中間作為「透鏡」的重力場性質外,也能幫助天文學家研究早期宇宙星系,不然這些星系通常因距離太遠而微弱看不清。

而哈伯太空望遠鏡的最新圖像,讓我們看到了最明亮的重力透鏡效應星系之一。有個超龐大星系團距離地球 46 億光年遠,剛好卡在哈伯望遠鏡與 Sunburst Arc 星系的中間,於是我們發現 Sunburst Arc 星系發出的光被這個星系團給扭曲了,形成至少 4 條長長的圓弧,並且星系團還將 Sunburst Arc 星系的亮度提高 10~30 倍。

大爆炸後約 30 萬年,宇宙是個完全不透明、充滿中性氫的環境,但因為某些事件,氫開始被電離,宇宙才逐漸掀開濃霧。天文學家認為,應是第一批恆星與星系散發的輻射電離了中性氫,但要使氫離子化,這些高能輻射除了得強大到能逃開宿主星系外,還不能被星際介質吸收,目前僅發現少數幾個星系可「漏出」高能光子到深空。

現在,這幾道光弧包含了一個重要線索:某些光子可以在大量中性氣體介質中,從狹窄的通道「洩漏」出來。雖然這個過程不太可能成為導致宇宙重新電離的主要機制,但很可能發揮決定性推動作用。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:哈伯太空望遠鏡/歐洲太空總署

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