天文學家用宇宙的天然望遠鏡發現97億年前的星系,愛因斯坦又對了!
愛因斯坦環
浩瀚的宇宙空間中布滿了星系,但對於那些距離我們特別遙遠的星系,即便使用最大的天文望遠鏡,也會因為光線太弱而很難被觀測到。不過,愛因斯坦在100多年前預言的一種現象能夠被用來觀測這些遙遠的星系,這就是引力透鏡效應,這種現象已經被天文學家反覆觀測到。
愛因斯坦的廣義相對論表明,有質量的物體會使周圍時空發生彎曲,任何物質都會沿著彎曲的時空運動,就連光也不例外。愛因斯坦通過計算髮現,光線經過太陽邊緣的彎曲時空時將會發生偏轉,這個偏轉角度是牛頓引力理論預言的兩倍。這個現象在1919年的日全食中首次得到證實,後來天文學家在宇宙遙遠的地方觀測到更為顯著的引力透鏡效應。不久前,天文學家利用這種現象,首次在銀河系外發現了行星。
星光偏轉
現在,由夏威夷大學的天文學家Harald Ebeling博士領導的國際天文學家團隊,通過引力透鏡效應發現了最極端的放大倍數。利用哈勃太空望遠鏡收集到的一個巨大星系團的觀測數據,這個團隊發現了一個十分遙遠的暗淡星系——eMACSJ1341-QG-1,這要歸功於被稱為eMACSJ1341.9-2442的巨大星系團所造成的時空扭曲,使得背景星系的光被放大了30倍,這是已知最強的引力透鏡效應。
觀測數據顯示,eMACSJ1341-QG-1星系的紅移值為1.594,這意味著這個星系發出的光用了97億年的時間才到達地球,隨著宇宙空間的膨脹,現在已經距離地球150億光年。eMACSJ1341.9-2442星系團的紅移值為0.835,這意味著這個星系團發出的光用了72億年的時間才到達地球,而它現在距離地球95億光年。
在宇宙中,距離較近的星系會通過引力作用形成星系團,例如,銀河系與其他1300多個星系組成了半徑約為720萬光年的本星系團。由於星系團擁有巨大的質量,所以它們是一種強大的引力透鏡。巨大的星系團能夠大幅扭曲周圍時空,它們就像宇宙中的天然望遠鏡一樣,可以放大位於它們後方的星系,從而讓我們在地球上得以觀測到那些遙遠暗淡的星系,否則即使是最強大的人造望遠鏡也無法做到。
eMACSJ1341-QG-1星系
天文學家表示,這幅圖像的高放大倍率提供了一個難得的機會來研究遙遠的星系。雖然宇宙中有很多暗弱的星系,但宇宙卻又有辦法讓我們觀測到。儘管之前也曾觀測到類似的極端情況,但此次發現的是一個罕見的寧靜星系,這種星系不同於我們的銀河系,它們並沒有在巨大的冷氣體雲中形成新的恆星。
寧靜星系是星系的演化終點,我們的銀河系終有一天也會迎來這樣的結局。在eMACSJ1341-QG-1星系中,恆星大部分已經老去,並且也沒有新的恆星形成,這種反常的現象出乎天文學家的預料。這是因為遙遠星系發出的光需要漫長的時間才能到達地球,這意味著當我們觀測到遙遠星系的時候,我們也在回溯時間。因此,我們現在看到的是eMACSJ1341-QG-1星系在97億年前的樣子,那時的它還很年輕,它應該還未耗盡其中的氣體才對。通過研究這個星係為何早已經停止形成新的恆星,有助於提供關於星系演化過程的關鍵線索。
目前,這項研究已經刊載於《天體物理學雜誌快報》(Astrophysical Journal Letters)上。
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