遥远星系的光,受前景星系重力影响,可发生强烈弯曲,这种效应称为强重力透镜效应。虽然理论上同一个前景星系并非不能对多个背景星系同时发生重力透镜的效应,但是一般来说,重力透镜效应一次只出现在一个星系--而不是好几个星系。一个前景星系同时是多个背景星系的透镜,这种情形确实极为罕见,不过要是一旦能发现的话,像这样一个由前景和背景星系共组而成的透镜“系统”,就成为让我们更了解星系基本物理特性的难得机会,也增进我们对宇宙理解及探讨。这么一个珍贵的透镜系统,最近被发现了。
中央研究院天文及天文物理研究所访问学者苏游瑄博士(现为德国慕尼黑马克斯·普朗克天体物理研究所研究员),是本篇论文共同作者之一,她表示:“三个星系相隔几十亿光年那么远,从地球角度看过去竟然排成一直线,这实在很罕见,幸运程度就好像中了乐透一样,能发现这个真是太令人兴奋了。
”苏游博士在该研究团队中的贡献是协助分析整个透镜系统,并使用她与Aleksi Halkola 两人所共同开发的软件推算透镜星系的质量。苏游瑄回忆当她第一眼看到这么美丽的透镜系统图像时,跟其他团队成员说,“这真像古埃及神荷鲁斯之眼(Eye of Horus)。”
苏游瑄博士更进一步解释说,“这个系统显示出它特有的特征是,有一些呈分裂状的图像令我们意外,这很令人兴奋,因为它意味着那里可能存在一团暗物质!只是看不见。”因为暗物质不发光,所以很难侦测。事实上,目前为止,暗物质从未被直接侦测到过。“然而,透过暗物质的重力效应,会在透镜图像上留下可辨痕迹,结果,我们的这个『荷鲁斯之眼』为我们提供一个很棒的机会,可以间接地『看到』暗物质!”
另一令人意外的是,发现的场所并非在天文学家的办公室里,而是在大学生的研习会教室!
上图图说:这是经过”假色”处理后的“荷鲁斯之眼”。右边的放大图像(视野大小为23 x 19 角秒)以不同颜色标出内外两道弧。内弧颜色偏红,外弧比较偏蓝,两道弧线是两个背景星系受到“重力透镜效应”后获见图像。周围还有些斑点状的弧、环,是其他背景星系同样因为受到了透镜效应,被我们看到的样貌。正中心位置有个黄色的巨大星系,红移值z = 0.79 ,换算为光年,即其距离为70 亿光年。使得两个背景星系的光发生扭曲现象的,就是这个黄色巨大的前景星系。此连结为背景图,点此为“荷鲁斯之眼”放大图像,加入文字标签之后的图像在这里。
位于东京三鹰市的日本国立天文台(NAOJ)总部,2015 年9 月曾举行一个由大学生参加的Subaru望远镜学习研讨会,Subaru望远镜目前正在进行大规模巡天调查,透过设在Subaru望远镜上的新一代超广角相机HSC,可以取得前所未有的深空资料。由天文学家和大学生共同组成的一支团队去年9月在分析HSC取得的影像时,意外发现这么一个独特的重力透镜系统。这也是重要天文现象在偶然中被发现的一个经典案例。
这两道弧(环)图像经过仔细检查后发现,光的颜色是不同的。这强烈意味着有可能这两个背景星系各别都受到了前景星系的“透镜”效应。前景星系的光谱红移值为z = 0.79 (这意味着它距离我们有70 亿光年)。后续,这组团队还使用了麦哲伦望远镜的红外光谱仪取得的资料证实,两个背景星系在排列位置上的确位在透镜星系后面,比透镜星系距离我们更远:一个位于z = 1.30 ,另一个则在z = 1.99 (红移值经换算为光年,各分别是90亿光年和105 亿光年远)。
于天文物理期刊ApJL上发表这篇论文的第二作者,目前任职于日本国立天文台的黄活生博士(前为中央研究院天文及天文物理研究所博士后研究员)认为,光谱资料看到的背景光源,还有其他非常有趣的事情,不只确认到两个不同光源的距离的确不同,另外,比较远的那个光源星系似乎本身还由两个团块组成,暗示那里可能有两个星系正在交互作用。
上图图说:图像示意因为星系排列位置而形成的重力透镜天体“荷鲁斯之眼”。距离望远镜为70亿光年的前景星系扭曲了来自两个背景星系的光,两背景星系一距离望远镜90亿光年,另一则位于105亿光年之遥。
这个极有特色的系统组成包括,数个亮块、一道弧、几乎正圆的爱因斯坦环,加上两个背景光源正好和中央透镜星系对齐方式,因此构成了酷似“荷鲁斯之眼”的结构(如上图)。这张天文图像是因为和古埃及神祇荷鲁斯著名的眼睛符号极相似而获天文学家以“荷鲁斯之眼”相称。
Subaru望远镜的HSC巡天计划目前只完成30%,他们认为在几年后当巡天观测计划全部完成之前,还有机会可能在巡天普查中找到10个左右类似的天体,不仅增加我们对星系基本物理特性的掌握,也能了解宇宙在过去几十亿年中的宇宙加速膨胀情形如何。