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已经使用了庞大的星系团作为X射线放大镜，可以追溯到近94亿年前。在此过程中，他们在恒星形成的第一个高能阶段发现了一个微小的矮星系。

虽然星系团已被用于放大光波长的物体，但这是科学家第一次利用这些巨大的引力巨星来放大极端，遥远的X射线发射现象。

他们探测到的似乎是婴儿星系的蓝点，大约是我们银河系的1 / 10,000，正在搅动其第一颗恒星-超大质量的宇宙短命物体发出高能X射线，研究人员以亮蓝色弧线的形式检测到。

麻省理工学院卡夫里天体物理与空间研究所的研究科学家马修·贝利斯说：“这是一个小小的蓝色污迹，这意味着它是一个非常小的星系，其中包含许多最近形成的超热，非常重的年轻恒星。” “这个星系类似于在宇宙中形成的第一个星系……在遥远的宇宙中，以前没有人在X射线中见过这种星系。”

贝利斯说，对这个遥远的星系的探测证明了科学家可以使用星系团作为天然的X射线放大镜，以挑选出宇宙早期历史中极端的，高能的现象。

“借助这项技术，我们将来可以放大一个遥远的星系，并对它的不同年龄部分进行年龄分析。也就是说，这部分具有2亿年前形成的恒星，而另一部分则具有5000万年前形成的恒星，并以其他方式无法做到的方式将它们分开。”贝利斯说，他将继续升入辛辛那提大学，担任物理学助理教授。

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(Michael McDonald)，已在《自然天文学》杂志上发表了他们的研究结果。

烛光

星系团是宇宙中最重的物体，由成千上万个星系组成，它们通过引力捆绑在一起，成为一种巨大而强大的力量。银河星团是如此之大，它们的引力是如此之强，以至于它们可以扭曲时空的结构，弯曲宇宙和任何周围的光线，就像大象会伸展并扭曲飞人的网一样。

科学家将星系团用作宇宙放大镜，并使用一种称为引力透镜的技术。这个想法是，如果科学家可以近似一个星系团的质量，他们就可以估计它对周围任何光线的引力作用，以及一个团簇可以偏转该光线的角度。

例如，想象一下面对银河星团的观察者是否试图检测位于该星团后面的物体，例如单个星系。该物体发出的光将直接朝着簇传播，然后围绕簇弯曲。它会继续向观察者行进，尽管角度略有不同，在观察者看来是同一物体的镜像图像，最后可以组合为单个“放大”图像。

科学家们使用星系团来放大光学波长的物体，但从未在电磁光谱的X射线带中对其进行放大，这主要是因为星系团本身会发出大量X射线。科学家们认为，从背景源发出的任何X射线都无法从星团自身的眩光中辨别出来。

Bayliss说：“如果您试图在群集后面看到X射线源，那就像是在真正明亮的灯光旁边看到一支蜡烛。” “因此，我们知道这是一项具有挑战性的衡量。”

X射线减影

研究人员想知道：他们能减去那明亮的光并看到背后的蜡烛吗?换句话说，他们是否可以消除来自星系团的X射线辐射，以查看来自团簇背后并被团簇放大的，来自物体的微弱X射线?

该团队利用美国宇航局钱德拉X射线天文台(世界上最强大的X射线太空望远镜之一)的观测结果验证了这一想法。他们特别看了钱德拉对凤凰星团的测量，凤凰星团是距地球57亿光年的遥远星系团，据估计其质量约为太阳的四分之一倍，而引力效应应使其强大，自然的放大镜。

贝利斯说：“我们的想法是尽可能使用最好的X射线望远镜(在这种情况下为钱德拉)，并使用自然透镜放大并有效地使钱德拉变大，这样您就可以看到更远的东西。”

他和他的同事分析了钱德拉连续一个多月对菲尼克斯星团进行的观测。他们还观察了由两台光学和红外望远镜(哈勃太空望远镜和智利的麦哲伦望远镜)拍摄的星团图像。利用所有这些不同的观点，研究团队开发了一个模型来表征星团的光学效应，这使研究人员能够精确地测量星团本身的X射线辐射，并将其从数据中减去。

他们在聚类周围留有两种类似的X射线发射模式，他们确定它们是由聚类“透镜化”或重力弯曲的。当他们追溯排放的时间时，发现它们全部起源于一个单一的遥远来源：一个来自94亿年前的小矮星系，当时宇宙本身大约有44亿年的历史，大约是当前年龄的三分之一。

贝利斯说：“以前，钱德拉在这个距离上只见过很少的东西。” “在不到10%的时间内，我们发现了这个物体，距离也很远。而引力透镜就是我们要做的。”

钱德拉(Chandra)和凤凰星团自然的镜头力量相结合，使团队能够看到隐藏在星团后面的微小星系，放大了60倍。在此分辨率下，他们能够放大以辨认星系中的两个不同的团块，一个团块产生的X射线要多于另一个。

由于X射线通常是在极端短暂的现象期间产生的，因此研究人员认为，第一个富含X射线的团块表示矮星系的一部分，该矮星系最近形成了超大质量恒星，而较安静的区域是一个较旧的区域。包含更多成熟的恒星。

贝利斯说：“我们正在一个非常有用的阶段捕捉到这个银河系，在那里有这些真正年轻的恒星。” “每个星系都必须在这个阶段开始，但是我们在自己的社区中看不到很多这类星系。现在我们可以回到过去，回望遥远的宇宙，在这个早期阶段找到星系。他们的生活，并开始研究那里的恒星形成有何不同。”

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