科学网—哈勃望远镜获取迄今最精确暗物质分布

来源:http://www.temizlikoyunlari.com 作者:科技中心 人气:132 发布时间:2020-04-21
摘要:引力透镜效应可以作为我们很好的测量工具,用以估算一个星系中暗物质的多少,但到目前为止,天文学家们对于暗物质具体到底存在于哪个位置还是一无所知。 在透镜星系或透镜星系

引力透镜效应可以作为我们很好的测量工具,用以估算一个星系中暗物质的多少,但到目前为止,天文学家们对于暗物质具体到底存在于哪个位置还是一无所知。

在透镜星系或透镜星系团的作用下,远处星系或者类星体会产生2个、4个甚至多个像。如果光源、透镜星系或星系团、观测者三者几乎连成一条直线,透镜星系或星系团周围就会形成对称分布的4重像甚至圆环,它们被分别称为“爱因斯坦十字架”和“爱因斯坦环”。有时,透镜星系周围只形成缺了一段短弧的马蹄形结构,或者形成一条条短弧。

阿贝尔1689星系团距离地球22亿光年,含有大约1000个星系和10000亿颗恒星。通过对比哈勃的图像和之前早先的观测数据,研究人员从中挑选出了42个不同背景星系的135张不同照片。

爱因斯坦也是第一个对引力透镜效应进行定量计算的人。他以太阳为例子计算出如果一束光要被太阳会聚到一个点,这个点与太阳的距离是地球与太阳距离的542倍。因此他认为,恒星级天体的引力对光的折射效应太弱了,产生的引力透镜效应不可能被观测到。

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365bet在线手机版,星系或者星系团作为引力透镜,还会对超新星甚至单个恒星产生引力透镜效应,让观测者看到超新星或者恒星的多重像。2014年,一个国际小组利用哈勃太空望远镜首次观测到透镜星系让一颗超新星产生4个像,恰好形成了“爱因斯坦十字架”,分布在透镜星系的四周。这个透镜星系位于一个巨大的星系团之中,而这个星系团自身也成为一个引力透镜。理论计算表明,透镜星系团让这个超新星形成3个像,而其中的一个透镜星系又让这3个像中的1个变为4个像,因此这个超新星共产生了6个像。此后,同一个小组在检查引力透镜超新星的图像时,发现一个亮度被引力透镜显著放大的恒星,后者也因此成为人们观测到的最远的单个恒星。

但是这次不同,借助哈勃空间望远镜搭载的先进巡天相机,天文学家们已经找出了一个叫做阿贝尔1689(Abell 1689)的星系团中暗物质分布的具体位置。

透镜效应助力宇宙学研究

这一研究成果是一个名为“哈勃星系团透镜和超新星巡天”(CLASH,缩写意为“撞击”)的一部分。在接下来的三年时间内,该计划还将利用哈勃空间望远镜观测25个星系团,总观测时长将达一个月。

1979年,天文学家用美国基特峰天文台2.1米望远镜首次观测到一个类星体因引力透镜效应而形成的双重像,这是第一个被发现的引力透镜现象。第一个完整的爱因斯坦环于1998年被哈勃太空望远镜观测到,它被命名为B1938 666。在一些引力透镜的观测图像中,不完整的弧形和多重像散布在透镜星系或星系团周围,蔚为壮观。

北京时间11月17日消息,借助哈勃空间望远镜和宇宙引力透镜效应,科学家们日前成功地获取了一个巨型星系团中暗物质迄今最精确的分布图。

大质量天体使光线弯曲

科尔和同事们在哈勃望远镜的图像上叠加上暗物质的位置信息(即题图中的蓝色物质)。这一结果已经发表于11月10日的《天体物理学报》,在这一份研究论文中,科尔和同事们确认了阿贝尔1689星系团中的暗物质量要比先前研究人员们根据其星系规模做出的估算值要高。

随着观测技术的发展,天文学家不仅可以观测到被当年爱因斯坦认定为不可能被观测到的恒星级引力透镜产生的效应,还可以观测围绕恒星的行星产生的更微弱的引力透镜效应,它们被统称为“微引力透镜”。

“发生引力透镜效应的天体照片就像是一个大大的迷宫,”科尔说。“我们所做的,就是第一次对阿贝尔1689星系团的内部质量进行排布,以便找到某种质量分布模式,在这种模式下将产生我们所观测到的背景星系引力透镜效应。”

一个蓝色的星系发出的光在经过一个明亮红星系时,被后者的引力透镜效应扭曲成一个几乎完整的环——爱因斯坦环。这个星系于2007年被斯隆数字巡天望远镜发现,哈勃太空望远镜在后续的观测中发现了这个不完整的环。Hubble/NASA/ESA/STS

暗物质是一种神秘莫测的不可见物质,它几乎占据了宇宙1/4的物质和能量,但是除了引力作用之外,它们和“常规”物质不发生任何相互作用。科学家们之所以知道宇宙中存在暗物质,并不是因为他们“看见”了暗物质,而完全是通过看不见的暗物质对可见物质施加的引力影响间接地获得关于它们的信息。

引力透镜在天文研究中有非常重要的作用。除了可以看到星系、类星体、超新星的多重像、爱因斯坦十字、爱因斯坦环之外,天文学家用透镜星系团与透镜星系研究极早期宇宙,将一些原本暗弱到无法被观测到的极早期星系的光放大10倍以上,从而观测到它们。因此哈勃太空望远镜执行的任务之一就是利用引力透镜观测极早期宇宙中的黯淡星系。

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