這些影像是美國宇航局的哈勃空間望遠鏡拍攝的，顯示100億光年遠的極大質(zhì)量星系團后面的一個(gè)藍光弧
眼見(jiàn)為實(shí)，除非你不相信你看到的。
天文學(xué)家利用美國宇航局的哈勃空間望遠鏡發(fā)現了100億光年遠的極大質(zhì)量星系團后面的一個(gè)令人困惑的藍光弧。這個(gè)星系團是美國宇航局的斯必澤空間望遠鏡發(fā)現的，當宇宙只有目前年齡137億歲的約四分之一時(shí)。這個(gè)巨大的弧是一個(gè)更加遙遠的星系的延伸形狀，它的光被那個(gè)極大質(zhì)量星系團的強大引力扭曲了，這種效應被稱(chēng)為引力透鏡。
麻煩是這個(gè)弧不應該存在。
“當我第一次看到它，我一直緊盯著(zhù)它，心里想它會(huì )消失，”佛羅里達大學(xué)的安索尼岡薩雷斯說(shuō)。“根據統計分析，弧在那個(gè)距離上應該極端罕見(jiàn)。在宇宙早期，在星系團后面沒(méi)有足夠的星系足夠明亮得被觀(guān)測到，即使它們被‘透鏡’或者被扭曲了。另一個(gè)問(wèn)題是星系團隨著(zhù)回到過(guò)去越遠，質(zhì)量越小。因此更加難以發(fā)現一個(gè)質(zhì)量足夠大的星系團，它足以成為好的引力透鏡，彎曲來(lái)自遙遠星系的光。”
星系團是成百上千個(gè)星系被引力束縛在一起的集合。它們是我們的宇宙內最大質(zhì)量的結構。天文學(xué)家經(jīng)常研究星系團，尋找它們后面的遙遠的被放大的星系，否則那些星系太昏暗無(wú)法被望遠鏡觀(guān)測到。已經(jīng)在距離地球更近的星系團后面發(fā)現了許多那樣的引力透鏡星系。
這次哈勃觀(guān)測的令人驚奇之處在于探明了一個(gè)被極遙遠星系團透鏡的星系。這個(gè)星系團被命名為IDCS J1426.5+3508，是在宇宙早期發(fā)現的最大質(zhì)量星系團，重達500萬(wàn)億顆太陽(yáng)的質(zhì)量。它比在宇宙歷史的早期發(fā)現的其他星系團大5-10倍。這個(gè)研究團隊在利用美國宇航局的斯必澤空間望遠鏡并綜合存檔的光學(xué)影像的巡天中定位了這個(gè)星系團，那些光學(xué)影像是亞利桑那州圖桑的基特峰國家天文臺的國家光學(xué)天文臺深空廣角巡天計劃的一部分。綜合的影像讓他們看到這個(gè)由非常紅星系組成的星系團，這表明它們非常遙遠。
這個(gè)獨特的系統組成了這個(gè)最遙遠的星系團，“擁有”一個(gè)巨大的引力透鏡弧。發(fā)現這個(gè)古老的引力弧可能對大爆炸后的瞬間在早期宇宙內星系團成長(cháng)的環(huán)境是怎樣建立的帶來(lái)一個(gè)新的視角。
這個(gè)弧是在2010年哈勃先進(jìn)巡天相機拍攝的星系團的光學(xué)影像內被定位的。哈勃廣角相機3（WFC3）的紅外觀(guān)測能力幫助提供了一個(gè)精確的距離，確認它成為迄今發(fā)現的最遙遠星系團之一。
一旦天文學(xué)家確定了星系團的距離，他們利用哈勃，毫米波天文學(xué)（CARMA）射電望遠鏡綜合陣列，以及美國宇航局的錢(qián)德拉X射線(xiàn)空間望遠鏡，分別獨立地確定了這個(gè)星系團是極大質(zhì)量的。
CARMA幫助天文學(xué)家確定了星系團的質(zhì)量，通過(guò)測量來(lái)自大爆炸的原始光怎樣受到影響，當它通過(guò)彌漫在星系團內的極端灼熱而稀薄的氣體時(shí)。然后，天文學(xué)家利用WFC3的觀(guān)測繪制了星系團的質(zhì)量，通過(guò)計算產(chǎn)生引力弧需要多大的星系團質(zhì)量。錢(qián)德拉數據，揭示了星系團在X射線(xiàn)波段的亮度，也被用來(lái)測量星系團的質(zhì)量。
“在我們巡視的那么小一片天區內發(fā)現宇宙早期那樣巨大的星系團的概率小于百分之一，”來(lái)自密蘇里-堪薩斯城市大學(xué)的團隊成員馬克布羅德溫說(shuō)。“它和我們今天觀(guān)測到的一些最大質(zhì)量星系團分享相同的演化路徑，包括后發(fā)星系團和最近發(fā)現的El Gordo星系團。”
對弧的分析揭示了被透鏡天體是一個(gè)正在形成恒星的星系，存在于100億到130億年前。這個(gè)團隊希望再次利用哈勃獲得被透鏡星系的更加精確的距離。
岡薩雷斯為弧考慮了幾個(gè)可能的解釋。
一個(gè)解釋是遙遠的星系團和鄰近的星系團不同，其核心具有更加致密的星系集中度，使得它們成為更好的放大鏡。然而，根據統計分析，即使遙遠的星系團核心更加致密，仍然不能夠提供足夠的引力產(chǎn)生岡薩雷斯觀(guān)測到的那個(gè)弧。
另一個(gè)解釋是大爆炸后產(chǎn)生的物質(zhì)初始的微觀(guān)波動(dòng)和標準宇宙學(xué)模擬預言的不同，因此產(chǎn)生了比預期更加大質(zhì)量的星系團。
“我沒(méi)有被任何一個(gè)解釋說(shuō)服，”岡薩雷斯說(shuō)。“畢竟，我們只發(fā)現了一個(gè)例子。我們確實(shí)需要研究更加極大質(zhì)量的星系團，存在于80億到100億年前，來(lái)看看我們還能夠發(fā)現多少被引力透鏡的天體。”
研究成果寫(xiě)成了三篇論文，將于今天在線(xiàn)發(fā)表，將于2012年7月10日發(fā)表在《天體物理學(xué)學(xué)報》上。岡薩雷斯是其中一篇論文的第一作者；布羅德溫是另一篇的；來(lái)自加州大學(xué)戴維斯分校的亞當斯坦福是第三篇論文的第一作者。
