【寰宇天文】用光點測量巨大星系團的質量

圖片:美國太空總署哈伯望遠鏡觀測到的影像。
圖片:美國太空總署哈伯望遠鏡觀測到的影像。

作者|ADAM MANN
編譯|
柯宗佑

你現在看到的這張圖,是遙遠星系團的重力分布圖,可說是歷來畫得最詳細的一張。天文學家靠著這張圖,就能判定該星系團直徑約六十五萬光年,且其質量相當大,足以創造出一百六十兆顆太陽。

這個星系的名稱是MCS J0416.1-2403,距我們有四十億光年之遙,其中更有幾百個星系相互繞轉。當兩個物體相互繞轉,根據牛頓萬有引力公式,我們可以推算物體質量,而前提是,我們必須先知道其中一個物體的質量。不過,由於這些星系距離我們太過遙遠,科學家仍無從得知任一星系的質量。

儘管如此還是有端倪可循。根據愛因斯坦的廣義相對論,質量大的物體會將週遭的時間與空間扭曲,當光穿過這些扭曲的區域時,自己也會彎曲,並在望遠鏡上形成光環或光弧,這就是所謂的重力透鏡效應(gravitational lensing),如下圖中的光點。天文學家透過哈伯望遠鏡,確認MCS J0416.1-2403週遭出現了扭曲的光線,而且這些光是更遙遠的星系發出的光,經過重力場扭曲後形成的影像。研究人員只要知道光線扭曲的程度,就能計算出星系團包含的質量了。

這一百六十兆顆太陽的質量中,包含了肉眼可見的物質與不會放出光線的暗物質,而暗物質更佔了其中多數。天文學家透過研究星系團星系的交互作用,有利於進一步了解暗物質。今後,研究人員會繼續捕捉被扭曲的光線,以便精準計算出星系團的質量,推估出星系團的演變歷史。

圖片:美國太空總署哈伯望遠鏡觀測到的影像。
圖片:美國太空總署哈伯望遠鏡觀測到的影像。

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研究出處:Mapping the Mass of an Enormous Galaxy Cluster
譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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