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国家天文台研究人员首次利用哈勃望远镜发现一批全新的强引力透镜系统
2016-11-10| 【 【打印】【关闭】

  近日,在中国科学院战略性先导科技专项B“宇宙结构起源”的支持下,国家天文台舒轶平博士和毛淑德研究员(兼清华大学教授)及其合作者利用哈勃太空望远镜的观测数据,发现了17个全新的星系强引力透镜系统(图一)。这一样本对研究暗物质的本质以及高红移莱曼alpha发射体有着重要意义;这也是中国天文学家首次利用哈勃望远镜发现星系尺度的引力透镜系统。

  暗物质是当代宇宙学模型中的一个重要成分,但是它的本质仍然是未解之谜。人们目前正在通过多种方式和实验来研究暗物质的本质和行为,其中一种方式就是利用强引力透镜来测量星系中暗物质子晕的性质。强引力透镜现象是背景天体的光线在前景透镜天体引力场的作用下发生偏折最终汇聚成多重像的现象。它是最为有效地测量前景透镜天体中暗物质质量分布的手段之一。在这个实验中,能否探测到前景透镜星系中小质量的暗物质子晕,对区分不同的暗物质模型有着决定性意义。研究表明,背景天体的本征尺度越小,能探测到的前景天体中暗物质子晕的质量就越低。然而现有的强引力透镜样本中的背景天体尺度过大,还无法达到探测低于1亿个太阳质量暗物质子晕的需求。

  为了获得更高的质量灵敏度,国家天文台的舒轶平博士等首先通过对近一百万条星系光谱的分析,挑选出21个强引力透镜候选者,其中的背景天体都是红移2到3的莱曼alpha发射体。与现有的强引力透镜样本相比,莱曼alpha发射体的本征尺寸小3到5倍,从而能将质量灵敏度提高1个数量级左右。之后,国家天文台舒轶平博士和美国犹他大学Adam Bolton教授等利用哈勃望远镜对这一样本进行后续观测,21个候选者中的17个被证认为强引力透镜系统(如图一所示)。通过对哈勃望远镜数据的研究,舒轶平及其合作者发现背景的莱曼alpha发射体一般由多个成分构成,是目前发现背景星系尺度最小的样本,为更深刻揭示小质量暗晕和暗物质本质提供了极佳基础。

  该研究结果已经被国际著名的天体物理期刊《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)接收。该工作同时还得到国家自然基金委的支持。

  哈勃太空望远镜获得的21个强引力透镜候选者的图像数据。每一幅小图中心橘黄色是前景的透镜星系,围绕着透镜星系的蓝紫色结构是背景莱曼alpha发射体的多重像。 

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