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星系通常不是單獨存在的。它們傾向於聚集在一起形成小組,例如銀河系所在的本星系群,或更大的群組,稱為星系團。這對宇宙學家很有用,因為它讓他們有機會研究宇宙中最難以捉摸的物質之一:暗物質。
暗物質佔宇宙的 23%,但我們對它知之甚少。一項名為哈勃叢集透鏡和超新星巡天的多波長巡天(這些詞組合在一起構成了顯然完全無意的首字母縮略詞 CLASH)希望透過比以往任何時候都更詳細地觀測 25 個星系團來改變這種狀況。CLASH 團隊已經完成了對六個星系團的觀測,並計劃在今年年底前完成另外五個。
MACS 1206 是一個最近由 CLASH 調查的星系團。它位於室女座,距離地球 45 億光年,在我們的夜空中。上面 MACS 1206 的影像是在 2011 年 4 月至 7 月期間使用哈勃望遠鏡的高階巡天相機和廣域相機 3拍攝的。這些觀測,以及對 CLASH 將要調查的其他星系團的觀測,將幫助天文學家構建星系團中暗物質的詳細地圖。
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星系團是暗物質引力效應的完美測試地點,因為它們是宇宙中最大的引力束縛天體。星系團有三個定義特徵:它們包含數百個星系(至少——有時數千個);在星系之間存在巨大的熱氣體雲(我們說的是一億度);最後,它們包含暗物質,並且數量巨大。
我們看不到這種暗物質——這就是其名稱中“暗”字的由來。然而,我們可以利用一種稱為引力透鏡效應的方法來計算出一個星系團蘊藏了多少暗物質。由於其巨大的質量,星系團就像巨大的“引力透鏡”,彎曲和放大穿過它們的光線。這包括來自視線方向上星系團之外的星系的光線。
引力透鏡效應可能導致同一個星系在影像的不同部分出現兩次或更多次,並且也會改變該星系在影像中的外觀。
星系變形的程度取決於星系團的總質量。總質量包括來自星系、星系之間的氣體和暗物質的質量。天文學家能夠使用位於我們視線方向上星系團後面的星系的變形來測量中間星系團的質量。
他們可以測量星系團中“正常”物質的數量,因此他們知道如果不存在暗物質,星系團應該包含多少質量。
然後,透過使用變形量來測量星系團的總質量,天文學家可以計算出特定星系團記憶體在多少暗物質以及暗物質是如何分佈的。暗物質在星系團中的分佈可以為他們提供一些關於該星系團如何以及何時形成的線索。
當哈勃望遠鏡調查 MACS 1206 時,它發現了位於星系團後面的 12 個星系的 47 個多重影像。MACS 1206 的哈勃影像中的許多星系看起來都有些模糊。如果您仔細觀察,您會注意到它們大多被模糊化,因此它們最長的邊緣面向影像的中心,使其看起來像它們處於某種漩渦中。它們正對著星系團的中心。透過測量星系被模糊化的程度以及模糊化的方式,天文學家希望在暗物質這個謎題中再獲得一塊拼圖。