最新通過引力透鏡看到90億光年外巨大星系團中的藍超巨星

多虧了一種罕見的宇宙排列，天文學家們捕捉到了迄今為止觀測到最遙遠普通的恆星，距離地球約90億光年。儘管天文學家們通常會在更遠的地方研究星系，但它們之所以能被觀測到，是因為這顆恆星亮度與數十億顆恆星的亮度有關。而超新星通常比它所在的星系還要亮，甚至可以在整個宇宙中看到。然而在大約1億光年的距離之外，星系中的恆星是不可能單獨辨認出來的。

「伊卡洛斯」（Icarus）其學名為MACS J1149+2223 Lensed Star 1，是迄今為止所見過的最遠的單一恆星。圖片版權：NASA, ESA, and P. Kelly, University of Minnesota

但是一種叫做引力透鏡效應的現象——由巨大星系團形成使光線彎曲可以放大遙遠的宇宙，使遙遠的物體變得清晰可見。通常lensing會將星系放大50倍，但在這種情況下，恆星被放大了2000倍以上。這張照片是在2016年4月下旬拍攝，是NASA哈勃太空望遠鏡拍攝的照片中發現的。前加州大學伯克利分校的博士後學者帕特里克·凱利說：可以在那裡看到個別星系，除了超新星爆炸，但這顆恆星的距離至少是我們可以研究的下一顆恆星的100倍。凱利是一篇論文的第一作者，於本周發表在《自然天文學》。

天文學家們經常把這顆恆星稱為「伊卡洛斯」，而不是它的正式名稱「J1149」(LS1)。這一發現開啟了一項新的技術，讓天文學家們得以研究宇宙早期形成星系中的單個恆星。這些觀察可以提供一種罕見的觀察恆星如何演化，尤其是最亮的恆星。加州大學伯克利分校的天文學教授和許多報告的合著者之一Alex Filippenko說：這是有史以來第一次看到一顆普通恆星——而不是一顆超新星，也不是伽馬射線爆發，但是一顆穩定普通的恆星——九十億光年的距離，足以見得這些引力透鏡是驚人的宇宙望遠鏡。天文學小組還使用伊卡羅斯號來測試證明暗物質理論——它由許多原始的黑洞組成，這些黑洞潛伏在星系簇內，並在星系團中探測正常物質和暗物質的構成。

愛因斯坦環

凱利注意到這顆恆星是他在2014年發現一顆超新星時發現的，當時他正在用哈勃望遠鏡觀察獅子座的引力透鏡效應。這顆超新星被命名為SN Refsdal，以紀念已故的挪威天體物理學家Sjur Refsdal，他是引力透鏡研究的先驅。一個名為MACS J1149+2223的巨大星系群，距離地球約50億光年。凱麗和他的團隊懷疑伊卡洛斯可能比SN Refsdal更大，分析了來自它的光的顏色，發現它是一個單一恆星，一個藍色的超級巨星。這顆b型恆星比太陽更大，更藍，更熱，甚至可能超過太陽幾十萬倍亮度，不過，如果沒有引力透鏡的放大作用，它離我們太遠，也就看不到了。通過對引力透鏡進行建模，得出結論：伊卡洛斯的巨大光亮可能是由引力透鏡效應的獨特效應引起的。

當一個擴展透鏡，像一個星系團，只能將一個背景物體放大到50倍，較小的物體可以放大更多。在前景透鏡中的一顆恆星，如果精確地與背景星對齊，可以將背景恆星放大數千倍。在這種情況下，一顆大約太陽大小的恆星直接穿過遙遠的恆星伊卡洛斯和哈勃之間的視線，使其亮度增加了2000倍。事實上，如果排列是完美的，星系團內的單個恆星就會把來自遙遠恆星的光變成一個「愛因斯坦環」：當遠處恆星發出的光圍繞著透鏡恆星四周時，就會產生一圈光暈。這枚戒指太小，無法從這段距離中分辨出來，但它的作用使它可以通過引力透鏡放大從而有明顯的亮度來輕易地看到它。

凱利在哈勃的圖像中看到了另一顆恆星，它可以是伊卡洛斯的鏡像，也可以是另一顆恆星的引力透鏡Filippenko說：像這樣的alignments遍布整個地方，作為背景的恆星或透鏡星系的恆星四處移動，提供了研究早期宇宙中非常遙遠恆星的可能性，就像我們利用引力透鏡研究遙遠星系一樣。對於這種類型的研究，大自然為我們提供了比人類可能建造最大的望遠鏡還大！至於伊卡洛斯，天文學家預測在未來10年里，隨著星團的移動，它將被放大很多倍，可能會增加1萬倍的亮度。

博科園-科學科普｜參考期刊：Nature Astronomy｜來自：加州大學伯克利分校

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