研究人员解开了詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的完美“爱因斯坦环”中心星系密度之谜

独孤一山隙

爱因斯坦环JWST-ER1于2023年9月被研究人员发现。（图片来源：P.van Dokkum等人，接受自然天文学，2023年）

据美国生活科学网站（Harry Baker）：研究人员可能已经解开了为什么一个被完美得出奇的“爱因斯坦环”包围的遥远星系比它应该的密度更大的谜团：詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现的这个巨大星系正在被一个巨大的暗物质晕压缩。

阿尔伯特·爱因斯坦的相对论首次预测了爱因斯坦环，它是由一种称为引力透镜的现象产生的发光晕，当来自遥远物体的光围绕直接位于遥远物体和观察者之间的“前景物体”扭曲时，就会发生引力透镜现象。光线看起来好像被重力弯曲了。但事实上，光线在时空中以直线传播，时空被前景物体的巨大质量扭曲了。

2023年9月，天文学家在JWST收集的数据中发现了一个名为JWST-ER1的爱因斯坦环。发光结构有两个部分：JWST-ER1r，它是由来自遥远星系的光组成的实际发光环；和JWST-ER1g，这是一个前景物体，透镜遥远的星系的光。

JWST-ER1r距离地球约210亿光年，是迄今为止发现的最遥远的引力透镜天体；在对宇宙膨胀率进行调整后，研究人员估计该星系诞生于约103亿年前，即大爆炸后约34亿年。

在这一发现时，研究人员注意到透镜物体JWST-ER1g密度异常高。围绕这个星系的环的大小和形状表明，它的质量约为6500亿个太阳，对于这样大小的星系来说，这是非常高的。这种质量中的很大一部分可能是暗物质——一种神秘的物质形式，不与光相互作用，但约占宇宙中所有物质的85%。但即使考虑到这种神秘物质，这个星系的质量似乎仍然太大。

研究人员当时在一篇论文中写道：“需要额外的质量来解释透镜的结果。”。然而，他们没有解释这种“额外质量”可能是什么。



在中间有爱因斯坦环的JWST深视场。（图片来源：美国国家航空航天局/詹姆斯·韦伯太空望远镜/van Dokkum等人）

但在4月11日发表在《天体物理杂志快报》上的一项新研究中，一组新的研究人员对JWST-ER1g的异常密度提出了解释：当规则物质坍塌到星系中时，星系周围的暗物质晕被压缩到一个越来越紧的空间中，导致神秘物质的密度更高。

“我们的数值研究表明，这种机制可以解释JWST-ER1g的高暗物质密度，”该研究的主要作者、加州大学河滨分校（UCR）物理和天文系研究员德茂孔在一份声明中说。

这不是JWST发现的第一个真正的爱因斯坦环。2022年9月，一位Reddit用户利用望远镜的数据，发现了一个距离地球约120亿光年的完美光环。JWST还利用引力透镜拍摄了有史以来探测到的最遥远的恒星和宇宙中一些最古老的星系。

研究人员希望该望远镜能够帮助识别更多的爱因斯坦环，以进一步检验他们的理论。

“JWST为我们观察宇宙年轻时形成的古老星系提供了前所未有的机会，”研究合著者、加州大学学院物理学和天文学系教授Hai-Bo Yu在声明中说。“我们希望JWST能带来更多惊喜，并很快了解更多关于暗物质的信息。”