天文学家使用巨大的星系团作为x射线放大镜

麻省理工学院和其他地方的天文学家利用一个巨大的星系团作为x射线放大镜，回顾了近94亿年前的时光。在这个过程中，他们发现了一个很小的矮星系，它处于恒星形成的第一个高能阶段。

虽然星系团被用来放大光学波长的物体，但这是科学家首次利用这些巨大的引力巨行星放大极端遥远的x射线发射现象。

他们发现似乎是蓝色斑点的婴儿星系,关于1/10,000银河系的大小,在推出其第一代恒星——超大质量,大规模地短暂的对象发出的高能x射线研究人员发现一个明亮的蓝色电弧的形式。

麻省理工学院卡弗里天体物理和空间研究所的研究科学家马修·贝利斯说:“就是这个小小的蓝色斑点，意味着它是一个非常小的星系，包含了许多最近形成的超级热的、质量非常大的年轻恒星。”“这个星系与最早在宇宙中形成的星系很相似……那种在遥远的宇宙中从未有人在x射线中看到过的星系。”

Bayliss说，对这个单一的、遥远的星系的探测证明，科学家可以利用星系团作为天然的x射线放大镜，来挑选出宇宙早期历史中极端、高能量的现象。

”这种技术,我们可以在未来,放大一个遥远的星系的不同部分和age-date——说,2亿年前形成的恒星,这一部分与另一部分,形成于5000万年前,并选择它们分开的方式你不能做的,”贝利斯说,他将搬到辛辛那提大学物理学助理教授。

他和他的合著者，包括麻省理工学院物理学助理教授迈克尔·麦克唐纳，今天在《自然天文学》杂志上发表了他们的研究结果。

灯光下的蜡烛

星系团是宇宙中质量最大的物体，由成千上万个星系组成，它们都被万有引力凝聚在一起，形成一股巨大而强大的力量。星系团是如此巨大，它们的引力是如此强大，它们可以扭曲时空的结构，弯曲宇宙和周围的任何光，就像大象会拉伸和弯曲一个梯形网。

科学家们使用星系团作为宇宙放大镜，使用一种被称为引力透镜的技术。他们的想法是，如果科学家能估算出一个星系团的质量，他们就能估算出它对周围光线的引力效应，以及星系团偏转光线的角度。

例如，想象一个观察者，面对一个星系团，试图探测一个物体，例如一个单独的星系，在星系团的后面。该物体发出的光会直接射向星团，然后在星团周围弯曲。它会继续向观察者移动，尽管角度略有不同，但在观察者看来，它是同一物体的镜像，最终可以组合成一个单一的“放大”图像。

科学家们曾使用星系团来放大光学波长的物体，但从未使用过电磁波谱的x射线波段，这主要是因为星系团本身发射出大量的x射线。科学家们认为，任何来自背景光源的x射线都不可能从星团本身的眩光中辨别出来。

Bayliss说:“如果你试图看到星团背后的x射线源，就像试图看到一根蜡烛旁边有一束非常明亮的光。”“所以我们知道这是一个具有挑战性的衡量标准。”

x射线减法

研究人员想知道的是:他们是否可以减去那道亮光，然后看到它背后的蜡烛呢?换句话说，他们是否可以移除来自星系团的x射线辐射，以观察来自一个物体的更微弱的x射线，该物体位于星系团的后方，并被星系团放大?

这个团队通过美国宇航局钱德拉x射线天文台的观测来验证这个想法，钱德拉x射线天文台是世界上最强大的x射线太空望远镜之一。他们特别观察了钱德拉对凤凰星系团的测量。凤凰星系团是一个距离地球57亿光年的遥远星系团，据估计其质量大约是太阳的1万亿倍，在引力作用下，它应该是一个强大的、自然的放大镜。

Bayliss说:“我们的想法是，用你最好的x射线望远镜——在这个例子中是钱德拉——用一个自然的透镜放大，有效地使钱德拉变大，这样你就能看到更远的东西。”

他和他的同事分析了由钱德拉持续观测一个多月的凤凰星系团。他们还观察了两个光学和红外望远镜——哈勃太空望远镜和智利的麦哲伦望远镜——拍摄的星团图像。有了这些不同的观点，研究小组建立了一个模型来描述星团的光学效应，这使得研究人员能够精确地测量星团本身的x射线辐射，并从数据中减去它。

他们在星系团周围留下了两种类似的x射线辐射模式，他们认为这是星系团的“透镜效应”，即引力弯曲。当他们追溯排放的气体时，他们发现它们都来自一个遥远的源头:一个94亿年前的小矮星系，当时宇宙本身大约有44亿年的历史——大约是现在年龄的三分之一。

Bayliss说:“以前，钱德拉只能看到这么远的东西。“在不到10%的时间里，我们发现了这个物体，同样是在很远的地方。引力透镜效应让我们做到了这一点。”

钱德拉和凤凰星系团的自然透镜力使研究小组能够看到隐藏在星系团后面的小星系，放大了约60倍。在这个分辨率下，他们能够放大来分辨星系中两个不同的团块，一个比另一个产生更多的x射线。

由于x射线通常是在极端、短暂的现象中产生的，研究人员认为，第一个富含x射线的团块是矮星系中最近形成超大质量恒星的一部分的信号，而较安静的区域则是包含更多成熟恒星的较老区域。

Bayliss说:“我们捕捉到的这个星系正处在一个非常有用的阶段，那里有非常年轻的恒星。”“每个星系都必须在这个阶段开始，但我们在自己的邻近地区看不到很多这样的星系。现在，我们可以回到过去，看看遥远的宇宙，找到这个生命早期阶段的星系，开始研究那里的恒星形成是如何不同的。”

这项研究的部分资金由美国国家航空航天局和太空望远镜科学研究所提供。