這些影像是美國宇航局的哈勃空間望遠鏡拍攝的，顯示100億光年遠的極大質(zhì)量星系團后面的一個藍光弧
眼見為實，除非你不相信你看到的。
天文學(xué)家利用美國宇航局的哈勃空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)了100億光年遠的極大質(zhì)量星系團后面的一個令人困惑的藍光弧。這個星系團是美國宇航局的斯必澤空間望遠鏡發(fā)現(xiàn)的，當宇宙只有目前年齡137億歲的約四分之一時。這個巨大的弧是一個更加遙遠的星系的延伸形狀，它的光被那個極大質(zhì)量星系團的強大引力扭曲了，這種效應(yīng)被稱為引力透鏡。
麻煩是這個弧不應(yīng)該存在。
“當我第一次看到它，我一直緊盯著它，心里想它會消失，”佛羅里達大學(xué)的安索尼岡薩雷斯說。“根據(jù)統(tǒng)計分析，弧在那個距離上應(yīng)該極端罕見。在宇宙早期，在星系團后面沒有足夠的星系足夠明亮得被觀測到，即使它們被‘透鏡’或者被扭曲了。另一個問題是星系團隨著回到過去越遠，質(zhì)量越小。因此更加難以發(fā)現(xiàn)一個質(zhì)量足夠大的星系團，它足以成為好的引力透鏡，彎曲來自遙遠星系的光。”
星系團是成百上千個星系被引力束縛在一起的集合。它們是我們的宇宙內(nèi)最大質(zhì)量的結(jié)構(gòu)。天文學(xué)家經(jīng)常研究星系團，尋找它們后面的遙遠的被放大的星系，否則那些星系太昏暗無法被望遠鏡觀測到。已經(jīng)在距離地球更近的星系團后面發(fā)現(xiàn)了許多那樣的引力透鏡星系。
這次哈勃觀測的令人驚奇之處在于探明了一個被極遙遠星系團透鏡的星系。這個星系團被命名為IDCS J1426.5+3508，是在宇宙早期發(fā)現(xiàn)的最大質(zhì)量星系團，重達500萬億顆太陽的質(zhì)量。它比在宇宙歷史的早期發(fā)現(xiàn)的其他星系團大5-10倍。這個研究團隊在利用美國宇航局的斯必澤空間望遠鏡并綜合存檔的光學(xué)影像的巡天中定位了這個星系團，那些光學(xué)影像是亞利桑那州圖桑的基特峰國家天文臺的國家光學(xué)天文臺深空廣角巡天計劃的一部分。綜合的影像讓他們看到這個由非常紅星系組成的星系團，這表明它們非常遙遠。
這個獨特的系統(tǒng)組成了這個最遙遠的星系團，“擁有”一個巨大的引力透鏡弧。發(fā)現(xiàn)這個古老的引力弧可能對大爆炸后的瞬間在早期宇宙內(nèi)星系團成長的環(huán)境是怎樣建立的帶來一個新的視角。
這個弧是在2010年哈勃先進巡天相機拍攝的星系團的光學(xué)影像內(nèi)被定位的。哈勃廣角相機3（WFC3）的紅外觀測能力幫助提供了一個精確的距離，確認它成為迄今發(fā)現(xiàn)的最遙遠星系團之一。
一旦天文學(xué)家確定了星系團的距離，他們利用哈勃，毫米波天文學(xué)（CARMA）射電望遠鏡綜合陣列，以及美國宇航局的錢德拉X射線空間望遠鏡，分別獨立地確定了這個星系團是極大質(zhì)量的。
CARMA幫助天文學(xué)家確定了星系團的質(zhì)量，通過測量來自大爆炸的原始光怎樣受到影響，當它通過彌漫在星系團內(nèi)的極端灼熱而稀薄的氣體時。然后，天文學(xué)家利用WFC3的觀測繪制了星系團的質(zhì)量，通過計算產(chǎn)生引力弧需要多大的星系團質(zhì)量。錢德拉數(shù)據(jù)，揭示了星系團在X射線波段的亮度，也被用來測量星系團的質(zhì)量。
“在我們巡視的那么小一片天區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)宇宙早期那樣巨大的星系團的概率小于百分之一，”來自密蘇里-堪薩斯城市大學(xué)的團隊成員馬克布羅德溫說。“它和我們今天觀測到的一些最大質(zhì)量星系團分享相同的演化路徑，包括后發(fā)星系團和最近發(fā)現(xiàn)的El Gordo星系團。”
對弧的分析揭示了被透鏡天體是一個正在形成恒星的星系，存在于100億到130億年前。這個團隊希望再次利用哈勃獲得被透鏡星系的更加精確的距離。
岡薩雷斯為弧考慮了幾個可能的解釋。
一個解釋是遙遠的星系團和鄰近的星系團不同，其核心具有更加致密的星系集中度，使得它們成為更好的放大鏡。然而，根據(jù)統(tǒng)計分析，即使遙遠的星系團核心更加致密，仍然不能夠提供足夠的引力產(chǎn)生岡薩雷斯觀測到的那個弧。
另一個解釋是大爆炸后產(chǎn)生的物質(zhì)初始的微觀波動和標準宇宙學(xué)模擬預(yù)言的不同，因此產(chǎn)生了比預(yù)期更加大質(zhì)量的星系團。
“我沒有被任何一個解釋說服，”岡薩雷斯說。“畢竟，我們只發(fā)現(xiàn)了一個例子。我們確實需要研究更加極大質(zhì)量的星系團，存在于80億到100億年前，來看看我們還能夠發(fā)現(xiàn)多少被引力透鏡的天體。”
研究成果寫成了三篇論文，將于今天在線發(fā)表，將于2012年7月10日發(fā)表在《天體物理學(xué)學(xué)報》上。岡薩雷斯是其中一篇論文的第一作者；布羅德溫是另一篇的；來自加州大學(xué)戴維斯分校的亞當斯坦福是第三篇論文的第一作者。
