麻省理工學(xué)院和其他地方的天文學(xué)家已經(jīng)使用了龐大的星系團(tuán)作為X射線放大鏡，可以追溯到近94億年前。在此過(guò)程中，他們?cè)诤阈切纬傻牡谝粋€(gè)高能階段發(fā)現(xiàn)了一個(gè)微小的矮星系。

雖然星系團(tuán)已被用于放大光波長(zhǎng)的物體，但這是科學(xué)家第一次利用這些巨大的引力巨星來(lái)放大極端，遙遠(yuǎn)的X射線發(fā)射現(xiàn)象。

他們探測(cè)到的似乎是嬰兒星系的藍(lán)點(diǎn)，大約是我們銀河系的1 / 10,000，正在攪動(dòng)其第一顆恒星-超大質(zhì)量的宇宙短命物體發(fā)出高能X射線，研究人員以亮藍(lán)色弧線的形式檢測(cè)到。

麻省理工學(xué)院卡夫里天體物理與空間研究所的研究科學(xué)家馬修·貝利斯說(shuō)：“這是一個(gè)小小的藍(lán)色污跡，這意味著它是一個(gè)非常小的星系，其中包含許多最近形成的超熱，非常重的年輕恒星。”“這個(gè)星系類(lèi)似于在宇宙中形成的第一個(gè)星系……在遙遠(yuǎn)的宇宙中，以前沒(méi)有人在X射線中見(jiàn)過(guò)這種星系。”

貝利斯說(shuō)，對(duì)這個(gè)遙遠(yuǎn)的星系的探測(cè)證明了科學(xué)家可以使用星系團(tuán)作為天然的X射線放大鏡，以挑選出宇宙早期歷史中極端的，高能的現(xiàn)象。

“借助這項(xiàng)技術(shù)，我們將來(lái)可以放大一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，并對(duì)它的不同年齡部分進(jìn)行年齡分析。也就是說(shuō)，這部分具有2億年前形成的恒星，而另一部分則具有5000萬(wàn)年前形成的恒星，并以其他方式無(wú)法做到的方式將它們分開(kāi)。”貝利斯說(shuō)，他將繼續(xù)升入辛辛那提大學(xué)，擔(dān)任物理學(xué)助理教授。

他和他的合著者，包括麻省理工學(xué)院物理學(xué)助理教授邁克爾·麥克唐納(Michael McDonald)，已在《自然天文學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

燭光

星系團(tuán)是宇宙中最重的物體，由成千上萬(wàn)個(gè)星系組成，它們通過(guò)引力捆綁在一起，成為一種巨大而強(qiáng)大的力量。銀河星團(tuán)是如此之大，它們的引力是如此之強(qiáng)，以至于它們可以扭曲時(shí)空的結(jié)構(gòu)，彎曲宇宙和任何周?chē)墓饩€，就像大象會(huì)伸展并扭曲飛人的網(wǎng)一樣。

科學(xué)家將星系團(tuán)用作宇宙放大鏡，并使用一種稱(chēng)為引力透鏡的技術(shù)。這個(gè)想法是，如果科學(xué)家可以近似一個(gè)星系團(tuán)的質(zhì)量，他們就可以估計(jì)它對(duì)周?chē)魏喂饩€的引力作用，以及一個(gè)團(tuán)簇可以偏轉(zhuǎn)該光線的角度。

例如，想象一下面對(duì)銀河星團(tuán)的觀察者是否試圖檢測(cè)位于該星團(tuán)后面的物體，例如單個(gè)星系。該物體發(fā)出的光將直接朝著簇傳播，然后圍繞簇彎曲。它會(huì)繼續(xù)向觀察者行進(jìn)，盡管角度略有不同，在觀察者看來(lái)是同一物體的鏡像圖像，最后可以組合為單個(gè)“放大”圖像。

科學(xué)家們使用星系團(tuán)來(lái)放大光學(xué)波長(zhǎng)的物體，但從未在電磁光譜的X射線帶中對(duì)其進(jìn)行放大，這主要是因?yàn)樾窍祱F(tuán)本身會(huì)發(fā)出大量X射線?？茖W(xué)家們認(rèn)為，從背景源發(fā)出的任何X射線都無(wú)法從星團(tuán)自身的眩光中辨別出來(lái)。

Bayliss說(shuō)：“如果您試圖在群集后面看到X射線源，那就像是在真正明亮的燈光旁邊看到一支蠟燭。”“因此，我們知道這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的衡量。”

X射線減影

研究人員想知道：他們能減去那明亮的光并看到背后的蠟燭嗎?換句話說(shuō)，他們是否可以消除來(lái)自星系團(tuán)的X射線輻射，以查看來(lái)自團(tuán)簇背后并被團(tuán)簇放大的，來(lái)自物體的微弱X射線?

該團(tuán)隊(duì)利用美國(guó)宇航局錢(qián)德拉X射線天文臺(tái)(世界上最強(qiáng)大的X射線太空望遠(yuǎn)鏡之一)的觀測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了這一想法。他們特別看了錢(qián)德拉對(duì)鳳凰星團(tuán)的測(cè)量，鳳凰星團(tuán)是距地球57億光年的遙遠(yuǎn)星系團(tuán)，據(jù)估計(jì)其質(zhì)量約為太陽(yáng)的四分之一倍，而引力效應(yīng)應(yīng)使其強(qiáng)大，自然的放大鏡。

貝利斯說(shuō)：“我們的想法是盡可能使用最好的X射線望遠(yuǎn)鏡(在這種情況下為錢(qián)德拉)，并使用自然透鏡放大并有效地使錢(qián)德拉變大，這樣您就可以看到更遠(yuǎn)的東西。”

他和他的同事分析了錢(qián)德拉連續(xù)一個(gè)多月對(duì)菲尼克斯星團(tuán)進(jìn)行的觀測(cè)。他們還觀察了由兩臺(tái)光學(xué)和紅外望遠(yuǎn)鏡(哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和智利的麥哲倫望遠(yuǎn)鏡)拍攝的星團(tuán)圖像。利用所有這些不同的觀點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型來(lái)表征星團(tuán)的光學(xué)效應(yīng)，這使研究人員能夠精確地測(cè)量星團(tuán)本身的X射線輻射，并將其從數(shù)據(jù)中減去。