這些影像是美國宇航局的哈勃空間望遠鏡拍攝的，顯示100億光年遠的極大質量星系團後面的一個藍光弧

眼見為實，除非你不相信你看到的。

天文學家利用美國宇航局的哈勃空間望遠鏡發現了100億光年遠的極大質量星系團後面的一個令人困惑的藍光弧。這個星系團是美國宇航局的斯必澤空間望遠鏡發現的，當宇宙只有目前年齡137億歲的約四分之一時。這個巨大的弧是一個更加遙遠的星系的延伸形狀，它的光被那個極大質量星系團的強大引力扭曲了，這種效應被稱為引力透鏡。

麻煩是這個弧不應該存在。

「當我第一次看到它，我一直緊盯著它，心裡想它會消失，」佛羅里達大學的安索尼·岡薩雷斯說。「根據統計分析，弧在那個距離上應該極端罕見。在宇宙早期，在星系團後面沒有足夠的星系足夠明亮得被觀測到，即使它們被『透鏡』或者被扭曲了。另一個問題是星系團隨著回到過去越遠，質量越小。因此更加難以發現一個質量足夠大的星系團，它足以成為好的引力透鏡，彎曲來自遙遠星系的光。」

星系團是成百上千個星系被引力束縛在一起的集合。它們是我們的宇宙內最大質量的結構。天文學家經常研究星系團，尋找它們後面的遙遠的被放大的星系，否則那些星系太昏暗無法被望遠鏡觀測到。已經在距離地球更近的星系團後面發現了許多那樣的引力透鏡星系。

這次哈勃觀測的令人驚奇之處在於探明了一個被極遙遠星系團透鏡的星系。這個星系團被命名為IDCS J1426.5+3508，是在宇宙早期發現的最大質量星系團，重達500萬億顆太陽的質量。它比在宇宙歷史的早期發現的其他星系團大5-10倍。這個研究團隊在利用美國宇航局的斯必澤空間望遠鏡並綜合存檔的光學影像的巡天中定位了這個星系團，那些光學影像是亞利桑那州圖桑的基特峰國家天文台的國家光學天文台深空廣角巡天計畫的一部分。綜合的影像讓他們看到這個由非常紅星系組成的星系團，這表明它們非常遙遠。

這個獨特的系統組成了這個最遙遠的星系團，「擁有」一個巨大的引力透鏡弧。發現這個古老的引力弧可能對大爆炸後的瞬間在早期宇宙內星系團成長的環境是怎樣建立的帶來一個新的視角。

這個弧是在2010年哈勃先進巡天相機拍攝的星系團的光學影像內被定位的。哈勃廣角相機3（WFC3）的紅外觀測能力幫助提供了一個精確的距離，確認它成為迄今發現的最遙遠星系團之一。

一旦天文學家確定了星系團的距離，他們利用哈勃，毫米波天文學（CARMA）射電望遠鏡綜合陣列，以及美國宇航局的錢德拉X射線空間望遠鏡，分別獨立地確定了這個星系團是極大質量的。

CARMA幫助天文學家確定了星系團的質量，通過測量來自大爆炸的原始光怎樣受到影響，當它通過瀰漫在星系團內的極端灼熱而稀薄的氣體時。然後，天文學家利用WFC3的觀測繪製了星系團的質量，通過計算產生引力弧需要多大的星系團質量。錢德拉數據，揭示了星系團在X射線波段的亮度，也被用來測量星系團的質量。

「在我們巡視的那麼小一片天區內發現宇宙早期那樣巨大的星系團的概率小於百分之一，」來自密蘇里-堪薩斯城市大學的團隊成員馬克·布羅德溫說。「它和我們今天觀測到的一些最大質量星系團分享相同的演化路徑，包括後發星系團和最近發現的El Gordo星系團。」

對弧的分析揭示了被透鏡天體是一個正在形成恆星的星系，存在於100億到130億年前。這個團隊希望再次利用哈勃獲得被透鏡星系的更加精確的距離。

岡薩雷斯為弧考慮了幾個可能的解釋。

一個解釋是遙遠的星系團和鄰近的星系團不同，其核心具有更加緻密的星系集中度，使得它們成為更好的放大鏡。然而，根據統計分析，即使遙遠的星系團核心更加緻密，仍然不能夠提供足夠的引力產生岡薩雷斯觀測到的那個弧。

另一個解釋是大爆炸後產生的物質初始的微觀波動和標準宇宙學模擬預言的不同，因此產生了比預期更加大質量的星系團。

「我沒有被任何一個解釋說服，」岡薩雷斯說。「畢竟，我們只發現了一個例子。我們確實需要研究更加極大質量的星系團，存在於80億到100億年前，來看看我們還能夠發現多少被引力透鏡的天體。」