打开爱因斯坦的宝箱：韦伯望远镜展示对"El Gordo"星系团的惊人洞察力

来源：cnBeta 　2023-08-10 22:56:59

最近拍摄到的一张被称为"El Gordo"（埃尔戈多）的星系团图像，揭示了从未见过的遥远和尘封的天体，从而提供了新的科学启示。美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄的这张红外图像，展示了大量独特、扭曲的背景星系，而这些星系在之前的哈勃太空望远镜图像中只得到了部分暗示。

【资料图】

埃尔戈多星系团是由数百个星系组成的星系团，在宇宙诞生 62 亿年时就已经存在，因此它是一个"宇宙少年"。它是当时已知存在的质量最大的星系团。(El Gordo"在西班牙语中是"胖胖的一个"的意思）。

之所以选择埃尔戈多作为研究对象，是因为它具有天然宇宙放大镜的功能。这是通过一种被称为引力透镜的现象实现的，在这种现象中，厄尔尼诺戈多的强大引力会扭曲和变形位于其背后的天体的光线，类似于眼镜片的功能。

"厄尔戈多"的透镜效应提高了遥远星系的亮度，放大了它们的大小。"亚利桑那大学的布伦达-弗莱（Brenda Frye）说："这种透镜效应为了解遥远的宇宙提供了一个独特的窗口。"Frye 是银河系外区域再电离和透镜科学（PEARLS）团队的 PEARLS-Clusters 分部的联合负责人，也是分析厄尔戈多观测结果的四篇论文之一的主要作者。

2022 年 7 月，美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜观测到了厄尔戈多星系团，这是一个存在于宇宙大爆炸后 62 亿年的星系团。它被选为当时宇宙历史上已知质量最大的星系团。由此获得的图像显示了各种引力透镜星系，包括绰号为"鱼钩"和"瘦子"的引人注目的天体。请随我们一起观看韦伯拍摄的这幅新的红外图像。

在"厄尔戈多"的图像中，最引人注目的特征之一是右上方红色的亮弧。弗莱的一名学生给它起了个绰号叫"鱼钩"（El Anzuelo），这个星系的光线经过 106 亿年才到达地球。它独特的红色是由于星系本身的尘埃变红和它的极远距离造成的宇宙学红移共同作用的结果。

通过对透镜造成的扭曲进行校正，研究小组能够确定背景星系呈圆盘状，但直径只有 26000 光年，约为银河系的四分之一。他们还研究了星系的恒星形成历史，发现星系中心的恒星形成已经在迅速减少，这一过程被称为淬火。

第二篇论文的第一作者、亚利桑那州立大学的帕特里克-卡米内斯基（Patrick Kamieneski）说："我们能够仔细地剖开笼罩在星系中心的尘埃罩，那里的恒星正在积极地形成。"[2]"现在，有了韦伯望远镜，我们可以轻松地窥视这层厚厚的尘埃帷幕，让我们能够亲眼看到星系由内而外的组装过程。"

这是一张带有罗盘箭头、比例尺和色键的埃尔戈多星系团图像。北面和东面的罗盘箭头显示了图像在天空中的方位。请注意，相对于地面地图上的方向箭头（从上往下看），天空中的北方和东方之间的关系（从下往上看）是颠倒的。

这幅图像显示的是不可见的近红外光波长，这些波长已转化为可见光颜色。色键显示了采集光线时使用的 NIRCam 滤光片。每个滤光片名称的颜色就是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。

韦伯望远镜图像的另一个突出特征是位于中心左侧的一条铅笔粗细的长线。它被称为"La Flaca"（细长的一条），是另一个透镜背景星系，其光线也是经过将近 110 亿年的时间才到达地球的。

离拉弗拉卡星系不远处还有另一个透镜星系。当研究人员仔细观察这个星系时，他们发现了三幅单颗红巨星的图像，并将其昵称为"Quyllur"（盖丘亚语中"星"的意思）。

此前，哈勃还发现过其他透镜星（如 Earendel），但它们都是蓝超巨星。Quyllur是距离地球10亿光年以外观测到的第一颗单独的红巨星。只有使用韦伯望远镜的红外滤光片和灵敏度才能探测到这种高红移的恒星。

韦伯图像中的其他天体虽然不那么突出，但同样具有科学意义。例如，弗莱和她的团队（包括从高中生到研究生的九名学生）发现了五个多重透镜星系，它们似乎是一个婴儿星系团，形成于大约 121 亿年前。另外还有十几个候选星系也可能是这个遥远星系团的一部分。

最后一篇论文研究了非常暗淡的、像污点一样的星系，它们被称为超漫反射星系。顾名思义，这些天体散布在埃尔戈多星系团中，它们的恒星广泛分布在太空中。研究小组发现了一些迄今为止观测到的最遥远的超漫射星系，它们的光线经过了72亿年的时间才到达我们这里。

"我们研究了这些星系的特性是否与我们在本地宇宙中看到的超漫反射星系有任何不同，我们确实看到了一些不同之处。特别是，它们更蓝、更年轻、更延伸，而且在整个星团中分布得更均匀。"第四篇论文的第一作者、亚利桑那州立大学的蒂莫西-卡尔顿（Timothy Carleton）解释说："这表明在过去的 60 亿年中，生活在星团环境中对这些星系产生了重大影响。"

"引力透镜是阿尔伯特-爱因斯坦在 100 多年前预言的。在 El Gordo 星团中，我们看到了引力透镜的作用力，"PEARLS 项目首席研究员、亚利桑那州立大学的 Rogier Windhorst 总结道。"埃尔戈多的 PEARLS 图像美得出乎意料。而且，它们向我们展示了韦伯是如何打开爱因斯坦宝库的。"

弗莱等人的论文发表在《天体物理学杂志》上。卡米内斯基等人的论文已被接受发表在《天体物理学报》上。Diego 等人的论文发表在《天文学与天体物理学》上。Carleton 等人的论文发表在《天体物理学报》上。

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