2008-01-25

哈伯太空望遠鏡發現雙重愛因斯坦環

美國太空總署 (NASA) 的哈伯太空望遠鏡發現洲以前從來沒看過的光學現象:一對發光的環,其中一個環位於另一個環的內部,看起來就像是個靶心的形狀。這兩個環的成因是由遠方兩個星系所發出來的光,被一個前景的巨大星系所扭曲而形成的現象。



這是哈伯太空望遠鏡所拍攝的重力透鏡系統 SDSS J0946_1006。一個橢圓星系的重力場使得兩個位於正後方的星系所發出來的光線扭曲。 影像版權:NASA, ESA, and R. Gavazzi and T. Treu (University of California, Santa Barbara)

這不僅僅是一個新奇的事件,它可是一個非常罕見的現象,而且可以幫助人們更進一步了解暗物質,暗能量,遙遠星系的性質,以及宇宙的曲度。

這個環是一個由加州大學聖塔芭芭拉分校的 Raphael Gavazzi 與 Tommaso Treu 所領導的國際天文團隊發現的。這個發現是 Sloan Lens Advanced Camera for Surveys (SLACS) 計畫的一部份。這個團隊在德州澳斯汀所舉行的第211屆美國天文會議裡發表這項成果,論文也已經提交至天文物理期刊 (The Astrophysical Journal)。

這種現象,稱之為重力透鏡,由於前方巨大星系的重力影響,使得位於後方星系所發出來的光線被曲折,就像是光線經過一個放大鏡一般。當兩個星系排成一直線時,後方星系的光線就會圍繞著前方星系,形成一個圓環,稱為"愛因斯坦環"。如果後端還有另一個星系也是落在同一條直線上,就會形成另外一個更大的環。

因為看到這種特殊排列的機率只有萬分之一,Tommaso 認為他們團隊這次中大獎了。看到這個現象的機率,比賭輪盤時,只押一個號碼,卻連贏兩次還要低。

「這種巧合卻可以幫我們了解許多宇宙的本質。在透鏡面前,黑暗物質無所遁形。」噴射推進實驗室的 Leonidas Moustakas 如此表示。「此透鏡的優雅,只存在於它所揭露的大自然的奧妙。」

巨大的前景星系與後方的兩個星系幾乎完美地位於同一直線上。前景星系距離地球大約有30億光年遠。內、外環分別是由距離60億光年遠以及110億光年遠的星系所形成的。

SLACS 的團隊成員,夏威夷大學的 Adam Bolton 是首位利用沙隆巡天計畫 (Sloan Digital Sky Survey, SDSS) 發現這個環的人。「在500,000個由前景星系光譜所發出的光子中,我們發現了隱藏其中的500個特殊的光子。」

「在哈伯的影像中,這兩個環非常明顯。」 Tommaso 說。「當我第一次看到的時候,我情不自禁地說『哇!這真是太令人瘋狂了!』真不敢相信!」

前景星系中,造成空間扭曲,形成重力透鏡效應的暗物質分佈,能被精確地描繪出來。Tommaso 發現這個橢圓星系暗物質的密度與一般的螺旋星系非常相近 (這是藉由測量螺旋星系的旋轉速度,來推測星系含有的暗物質數量所得的),他強調目前仍然沒有可以解釋這個關係的方法。

除此之外,這兩個愛因斯坦環的形狀使該團隊能精確地測量中間星系的質量,約為10億個太陽質量。該團隊表示,這是人類第一次能精確地測得位於宇宙距離尺度之下 (紅位移值 z=0.6) 的矮星系質量。而環的半徑也可用來測量宇宙的曲度。這樣可以測得宇宙中的組成,以及暗能量的特性。

由宇宙微波背景輻射 (大爆炸遺骸) 的觀測結果較傾向於平坦宇宙。只要有50個左右的雙重愛因斯坦環,就可以使測量宇宙的暗物質組成與暗能量的狀態方程式 (藉由壓力的測量) 達到 10% 的精確度。其他雙重愛因斯坦環可利用暗能量聯合任務 (Joint Dark Energy Mission, JDEM) 的廣視野太空望遠鏡巡天計畫來執行,該計畫已得到國家研究委員會的推薦。

資料來源:
http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2008/double_einstein.html

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