“旭日弧”PSZ1 G311.65-18.48和它前方的星系团。ESA / NASA / E. Rivera-Thorsen等

110亿光年外的一个星系,最近在哈勃太空望远镜眼中表演了一出“变身术”。它利用强引力透镜效应,幻化出了12个影像。充当引力透镜镜头的,是一个距离地球46亿光年的巨大星系团。

1个变12个,哈勃太空望远镜拍到不可思议的宇宙奇观-MAAMX

​星系团巨大的质量不但能够弯曲和增亮来自其身后星系的光,有时候它还能够将星系的影像多次呈现。而在这个案例中,星系的影像被复制了12份。这12份影像主要分布在4条影像弧中,三条位于画面的右上方,一条位于左下方。

1个变12个,哈勃太空望远镜拍到不可思议的宇宙奇观-MAAMX
1个变12个,哈勃太空望远镜拍到不可思议的宇宙奇观-MAAMX
1个变12个,哈勃太空望远镜拍到不可思议的宇宙奇观-MAAMX

四条“旭日弧”中的三条。ESA / NASA / E. Rivera-Thorsen等

天文学家称这个遥远的星系为“旭日弧(Sunburst Arc)”。这样的星系通常会因为过于遥远,而无法被直接观测到。如果没有引力透镜,我们可能至今也不知道它的存在。

这些影像的增亮幅度在10至30倍之间。哈勃太空望远镜解析出了这个遥远星系的内部结构,而“旭日弧”本身的直径其实只有520光年。

“旭日弧”所处的年代非常久远。我们看到的“旭日弧”影像其实来自始于宇宙大爆炸后仅1.5亿年的一个时期——“再电离期(reionisation era)”。“再电离期”是宇宙摆脱“黑暗纪元(dark ages)”后的第一个关键时期。“黑暗纪元”时的宇宙是一片漆黑的,没有恒星,也没有光,只有大片不透光的中性氢。而只有当第一批恒星形成之后,大批高能光子才让中性氢再次变回离子,宇宙才开始变得透明。

但是要把星系之间的氢电离,来自早期恒星的高能辐射必须首先离开它们的星系,必须不被星际物质吸收掉。到目前为止天文学家发现,当时只有少量高能光子进入了深空。它们在总体上是如何离开早期星系的仍是个谜。

“旭日弧”向我们透露的则是,至少有一些光子能够通过富气体中性介质中的狭窄通道离开星系。这是天文学家首次观测到这一过程,此前它只存在于理论中。虽然这一过程并不是宇宙再电离的主要机制,但它是一个有力的推动。

1个变12个,哈勃太空望远镜拍到不可思议的宇宙奇观-MAAMX

周边天区。ESA / Digitized Sky Survey 2

参考:

Bright ionizing escape at high resolution from multiply imaged, gravitationally lensed galaxy

https://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1920/heic1920a.pdf