从来发现的最大的爱因斯坦十字架驻在一个罕见的星系“旋转木马”中

(2024-09-25 15:58:43)

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从来发现的最大的爱因斯坦十字架驻在一个罕见的星系“旋转木马”中

By Robert Lea

published 15 hours ago

The Universe

“发现这样对齐的一个是一根在草垛中的针。发现所有这些就像在那个草垛内部八根针精确的排起队一样。”

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由哈勃太空望远镜看到的引力上透镜的星系的旋转木马透镜。 (Image credit: William Sheu/UCLA)

天文学家已经发现了七个与一个星系团对齐的遥远星系；它们一起形成从来见过的最独特结构的星系之一。

这种翘曲的和拉伸的星系的安排包含最大的“爱因斯坦十字架”，指由于广义相对论的后果即引力透镜在同一图像中同一星系的重复的观望。因为一个所谓的“透镜星系团”的影响新发现的强透镜的星系被统称指为“旋转木马透镜”，这些星系出现在旋转木马透镜中被拉伸和涡旋，该透镜星系团位于更靠近地球50亿光年远。

最终这一发现可能帮助解决宇宙学的一些最紧迫的秘密。在这些秘密中主要的是暗能量的性质，这是加速宇宙的扩张的看不见的力和暗物质，这是构成宇宙中80%物质的看不见哦物质。

这七个独特的星系位于距离地球76亿至120亿光年远。这接近138亿岁老宇宙的观测极限，意味着甚至用最先进的望远镜我们不能够进一步远看这个区域。这是因为因为空间的这个区域正在加速太快的从我们离开。

在旋转木马透镜中许多星系也出现在不止一个位置。天文学家特别感兴趣的是驻在旋转木马透镜中是一个被从四个重复发生的4号星系（下图中的4a、4b、4c和4d）创造的爱因斯坦十字架。

伯克利实验室物理部高级科学家、团队成员大卫·施莱格尔在一份声明中说，“这是一个令人惊讶幸运的‘星系的排队’——一个跨大部分可观测的宇宙多个星系视线偶然对齐，发现一个这样的对齐是一根在干草垛中的针。发现所有这些就像在干草垛内部精确排队的八根针一样” 。

哈勃望远镜拍摄的旋转木马透镜的图像，在中心有被Ls标记的透镜团和被1到7标记的透镜星系。这些字母代表由于引力透镜现象同一星系出现的次数。 (Image credit: William Sheu (UCLA) using Hubble Space Telescope data.))

这种星系的排列的这些方面显示一种冲击思维的叫引力透镜物理现象的复杂性，由阿尔伯特·爱因斯坦于1915年首次提出。

引力透镜的翘曲的物理学

引力透镜是来自爱因斯坦的最革命性的理论——广义相对论中发生的一个概念。也被指为“引力的几何理论”，广义相对论取代了艾萨克·牛顿的引力理论。它提出在空间和时间织造中质量的存在，联合起来作为一个叫“空时”的四维实体，造成该织造被“翘曲的”

这个的一个常用的类比是在拉伸的橡胶板上放上质量逐渐增加的球。在这个2D模拟中，一个高尔夫球创造的曲率比一个乒乓球更大的曲率，一个保龄球创造比一个高尔夫球更大的曲率，一个炮弹创造相当极端的曲率。

在空时中，引力原子这种曲率，因此一个物体的“翘曲”越大，它的引力影响就越大。因此，行星有比卫星更强的引力，恒星有比行星更强的引力，黑洞有比所有三者都更强的引力。

这不仅解释围绕其他有更大质量的物体的轨道，还“告诉”我们一些真的有趣的关于光如何被一个空时翘曲影响。

在扭曲空时上地球和太阳的3D描画。这显示引力和广义相对论的概念。(Image credit: vchal via Shutterstock)

虽然光通常以一条直线旅行，但空时的非常织造的曲率改变定义一条直线实际上是的。要画出那个，只想象在一张纸上画一条直线，然后拿起那张纸并在不同的方向中滚动它。

这一切意味着当一个巨大质量的天体像一个星系团位于地球和一个背景光源之间时它就像一个引力透镜一样行为，移变背景天体的在天空中的表观位置。但来自单个物体的光能围绕透镜体取不同的路径。越接近到质量的集中，光将被转向就越多。

这意味着来自单个天体的光能在不同的时间到达地球和我们的望远镜，例如放大这个涂抹的外观。同一天体甚至能出现在同一图像中的多个地方，这些图像的代表以叫爱因斯坦环的圆形排列出现。如果一个爱因斯坦环符合某些标准，一个爱因斯坦环能更特别的被归类为一个爱因斯坦十字架，正如我们看到旋转木马透镜一样。

一幅旋转木马透镜及其周围区域已经被暗能量光谱仪遗产成像勘察看到的图像。(Image credit: DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek/R. Proctor)

在罕见的例子中，一个近乎完美的天体的结构造成一个强的引力透镜，这就是来自暗能量光谱仪（DESI）遗产成像勘察和最近来自美国宇航局哈勃太空望远镜观测数据以旋转木马透镜形式揭示的。.

伯克利实验室超新星宇宙学项目的团队成员兼研究员黄晓生在声明中说，“我们的团队一直在寻找强透镜并对最有价值的系统建模。旋转木马透镜是一个以五组在前景星团透镜后面几乎完美的排起队的七个星系的令人难以置信的对齐。随它们出现穿过透镜，每个背景星系的多个图像围绕前景透镜形成了近似同心的圆形图案，就像在一个旋转木马中一样。

“这是一个前所未有的发现，所生成的计算模型显示测量宇宙的属性包括暗物质和暗能量的高度承诺的前景” 。