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chanti 2016-5-11 01:07 AM

知名ALMA重力透鏡圖像潛匿矮暗星系

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                                                                      阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)2015年4月公布的一張重力透鏡 SDP.81 圖像(另參考[url=https://www.asiaa.sinica.edu.tw/news/showrelease.php?i=f7fe77b5bca2aa28085a7fc66482be40]中研院天文所針對該圖發表之研究成果[/url]),當時,曾引發天文學界一陣喧騰討論。近日,史丹福大學天文物理學家取用該圖像資料進行新分析,呈現了一距離我們40億光年的暗物質矮星系,潛匿在另一比它大很多很多倍的星系旁;大星系的「暈」(halo)遮蔽此體型微小的伴星系之存在,所以它很難被發現。這個新發現預告的是,ALMA日後還有機會找到更多類似天體。暗物質的屬性一直仍是天文學家待解的重大謎題,本次發現很有幫助。        
                  2014年,ALMA天文學家為測試「長基線組態」特別規劃了一輪實驗性的觀測,藉研究多種不同天體,想測試看看這座天文望遠鏡最新的最高解析力「到頂」如何。其中一個實驗圖像是一「愛因斯坦環」,此環是一巨大前景星系將另一(距離地球120億光年)背景星系所發出光線彎曲,形成的環。 這種稱為重力透鏡的現象,愛因斯坦在廣義相對論中曾預測過。重力透鏡除了是可用來研究遙遠而難以觀測星系之強大工具以外,也能揭示離我們較近的透鏡星系有什麼特別屬性,這可從透鏡星系的重力如何扭曲聚焦較遠天體所發之光,窺知一二。       
                                        [url=http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2016_2nd/160413-SDP81-PI_nrao.jpg][img=350,194]http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/2016_2nd/160413-SDP81-PI_nrao.jpg[/img][/url]                  這是「重力透鏡SDP.81系統」的合成圖,紅橙色顯示的是在最遙遠的背景星系其光線遭到扭曲變形後,呈環狀。較靠近地球的橢圓星系,是所謂的「透鏡星系」,以藍色表示,它的位置就在圖像中心略偏左。天文學家藉由環的扭曲而斷定了一個暗物質矮星系的存在(根據所分析資料,在圖中以白點標示於左側弧之下段)。這個藏匿不見的星系和我們的距離是40億光年。       
                Credit: Y. Hezaveh, Stanford Univ.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); NASA/ESA Hubble Space Telescope                                                   史丹福大學物理學家Yashar Hezaveh團隊等人在將會發表於《天文物理期刊》的論文中,詳細解釋他們對此名為SDP.81的星系做了哪些分析,以及如何藉由影像中星系的暈,顯露出原本隱藏的一個暗物質矮星系。       
                  論文作者Hezaveh解釋,他們用以找到這些看不見的天體的方式,道理和「在玻璃窗上看得到雨滴」一樣,我們知道玻璃窗那裏有雨滴存在,因為背景物體的影像遭雨滴扭曲,那種扭曲是折射造成,但在這張SDP.81重力透鏡影像上發生的扭曲,則是受到暗物質的重力影響--如愛因斯坦在相對論所描述。       
                  按目前理論,暗物質占宇宙質量80%,組成物是至今尚未得以確認的粒子,它不與可見光或任何其他形式的電磁輻射交互作用。不過,暗物質的質量確實可以測量得到,所以,辨識暗物質可藉暗物質的重力影響達成。       
                  研究人員透過數千台電腦做平行運算的分析,前後花了好幾星期,甚至連美國國家自然科學基金會最強大的Blue Waters超級電腦也加入運算,來尋找測量各電波頻段中一致的細微異常。把這些計算合併加總,研究人員能對透鏡星系的暈(呈瀰散狀,位於星系週圍明顯無恆星的區域)拼湊出前所未有的理解──研究者發現了一個特別的團塊,質量不到銀河系千分之一。       
                  基於這個特別團塊與更大星系之間的關係、它的推估質量、它在各光學波段上都找不到對應等等條件,天文學家認定造成重力異常者可能是一個極黯淡、主要成分為暗物質的衛星星系。根據理論預測,多數星系皆應充滿類似的矮星系及其他小同伴天體。但實際偵測到這些暗矮星系挑戰度卻非常高。即便理論預計在我們的銀河系裡,矮衛星星系的數量應該成千上萬,但目前天文學家卻只能找到約40個。       
                  能觀測得到的衛星星系數量這麼低,理論預計的數量又那麼高,兩者歧異很懸殊,也成為宇宙學領域近20年來一大問題。有些研究人員甚至以「危機」稱之。伊利諾州立大學的Nael Dalal(團隊成員之一)認為,如果這些矮小天體主要成分是暗物質,則有助於解答歧異懸殊從何而來,甚至進一步促進我們對暗物質特性更了解。       
                  宇宙演化的電腦模型顯示,測量暗物質「結塊程度」,可能可以測量其溫度。所以藉由算一算遙遠星系周圍的暗物質小團塊數量是多少,天文學家可以推算暗物質溫度,而這事關對宇宙平整度的預測。如果暗物質小團塊(這次發現到的就是一個)數量明顯偏低,意味著目前宇宙演化主流的冷暗物質理論需要修正。       
                  論文共同作者之一,亞利桑那大學Daniel Marrone表示:如果這些「暈」天體完全不存在,那現在天文界所用的暗物質模型就不可能是正確的,我們將不得不修正原本對暗物質粒子的認知。       
                  還好,這次的研究顯示,絕大多數矮星系可能真的只是看不到,因為它們主要由看不見的暗物質組成,發出光線很少,或說基本上不發光。一位來自加拿大McGill大學的研究團隊成員Gilbert Holder表示,該研究目前計算的結果,「和冷暗物質模型一致,但為了信度更高,還必須再看更多透鏡系統。」       
                  論文第一作者Hezaveh表示在此研究中,ALMA的展現強大優勢,該團隊現在對ALMA能很有效率地找到這類矮星系信心滿滿。我們的下一步是去找更多它的同類,擴大調查規模,這可幫助釐清暗物質粒子溫度,究竟是冷或溫。       
                新聞稿原文連結:[url=https://public.nrao.edu/news/pressreleases/2016-sdp81-halo]https://public.nrao.edu/news/pressreleases/2016-sdp81-halo[/url]       
                        [color=#333333]資料來源:轉載自[/color][url=https://sites.google.com/a/asiaa.sinica.edu.tw/astronews/home/aianxingxiqiannizaizhimingdealmazhonglitoujingtuxiangzhong]中研院天聞網[/url](周美吟博士審校,[color=#333333]黃珞文[/color]譯)[color=#333333], 2016.04.22, 胡佳伶[/color]
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