引力透鏡發現了宇宙早期大量恆星形成的區域

經過數十年的搜索，哈勃望遠鏡發現了一顆亮度爲太陽6*10^14倍的類星體——早期宇宙中觀測到的最亮的類星體。

類星體是緻密且能量巨大的天體, 被認爲是年輕星系中心瘋狂吸收周圍物質的黑洞。 當週圍物質圍繞黑洞掉入它的引力旋渦中時，就會發出非常亮的光，溫度上升到百萬度，在各個波長爆發出巨大的能量。大部分這類天體都是百億年前的，所以它們可以用來探測早期宇宙。

這個發現的類星體在宇宙年齡只有10億年的時候就形成了，那時候第一代星系還正在成長。現在，128億年之後，哈勃望遠鏡接收到了它明亮的光。美國亞利桑那大學的樊曉輝及其領導的團隊發現了它，並將其命名爲J043947.08+163415.7，他們的發現發表在天體物理期刊上。

因爲這個類星體的亮度達到6*10^14（600兆）倍太陽亮度，打破了之前發現的最亮類星體4.2*10^14倍太陽亮度的記錄。

樊曉輝說：“我們不指望在整個宇宙能找到幾個比它還亮的類星體。”這個發現的共同作者，耶魯大學博士後法比奧·帕庫奇補充道：“這是一個驚人的重大發現，幾十年來我們認爲像這樣被引力透鏡放大的類星體在早期宇宙中是很多的，但這是我們第一次發現這類天體。”

圖解：引力透鏡，背景星系的光線途經前景星系團時被其引力場彎曲，到達地球時，在地球上看來，背景星系在前景星系周圍形成一個或多個放大或扭曲的像。

這個發現是需要運氣的，因爲需要一種特殊的天體排列。在地球和類星體之間需要有一個有足夠重力的星系來放大和彎曲遙遠類星體的光線，使類星體看起來是原來的3倍大，並且比原來亮50倍。這種現象叫引力透鏡，用前景星系當做透鏡來放大背景天體的圖像。

圖爲星系團SDSS J1004+4112,由於引力透鏡現象，我們可以看到同一個背景星系的3個扭曲的像(red circles) 和同一個背景類星體的5個像(blue circles)。歐洲南方天文臺，NASA，K.沙崙（特拉維夫大學），E.歐菲克（加州理工）

“如果沒有這樣倍數的放大，我們沒法看到星系。”加州大學聖芭芭拉分校的共同作者王飛格說。

這個天體第一次被注意到是在地面巡天中，隨後的觀測使用了亞利桑那大學的多鏡面望遠鏡，雙子天文臺和凱克天文臺。觀測數據顯示了一個光線闇弱的前景星系，但前景星系和類星體在視角上太靠近了，使得整個系統在天空中看起來模糊不清，需要用哈勃太空望遠鏡來得到清楚的圖像。

圖解：詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡（JCMT），亞毫米波長望遠鏡，主鏡面直徑15米，是最大的單體亞毫米波長望遠鏡。

夏威夷冒納凱亞山（著名光學觀測地）上的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡發現這個類星體的宿主星系被炙熱的塵埃包圍，這說明這個明亮的類星體觸發了周圍激烈的恆星形成，大約每年能夠形成一萬個新的恆星。相比之下，銀河系每年平均才只能形成一個恆星。同在亞利桑那大學的小組成員Jinyi Yang注意到，“因爲引力透鏡的提升效應，實際的恆星形成率可能要低很多。”

但這個非常亮非常遠的類星體依然能爲天文學家們提供研究線索，比如超大質量黑洞如何影響早期恆星形成。同時它對研究宇宙本身的演化也十分有意義，它存在於宇宙早期的再電離時期，那時第一批恆星產生的高能光子加熱了大爆炸之後冷卻了40萬年才形成的氫原子，研究這樣的類星體有助於研究這個神祕的時期。

圖解：宇宙歷史，頂端爲早期，底端爲現在。大爆炸後極短的時間內宇宙的溫度很高，充滿了電離物質與光子散射，故光子無法穿過。約40萬年後隨着空間膨脹溫度下降，電子被原子核俘獲，無法與光子散射，光子可以自由穿行至今。4000萬年後第一批恆星和類星體形成時，發出的高能光子再次使氫原子處於電離狀態。大爆炸約90億年後，暗能量使宇宙加速膨脹，也是大約在這個時候，太陽系開始形成。

樊曉輝的團隊現在正在分析從歐洲南方天文臺在智利的甚大望遠鏡得到的類星體光譜，這樣他們就能判定早期宇宙中星系際氣體的化學組成和溫度。他們也希望使用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列和即將升空的詹姆斯韋伯望遠鏡進行觀測，這些靈敏度非常高的望遠鏡將可以看到大質量黑洞的周圍，以及它們巨大的引力如何影響周圍恆星形成，並且探查早期星系的形成。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. xeno- cosmosmagazine-LAUREN FUGE

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