MACS0416

MACS0416距離地球約43億光年，是一對相互碰撞的星系團，它們最終將合併成一個更大的星系團。

NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和哈勃太空望遠鏡聯合起來研究一個被稱為MACS0416的膨脹星系團。由此產生的全色圖像結合了可見光和紅外光，組合成有史以來最全面的宇宙視圖之一。

基本介紹

• 中文名：聖誕樹星系團 
• 分類：星系團
• 距離地球：43億光年 
• 觀測設備：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡、哈勃太空望遠鏡、巨米波射電望遠鏡、錢德拉太空望遠鏡  

天文觀測

全色視圖

這張星系團MACS0416的全色視圖是通過將美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的紅外觀測結果與美國國家航空宇航局哈勃太空望遠鏡的可見光數據相結合而創建的。由此產生的波長覆蓋範圍從0.4微米到5微米，揭示了星系的生動景觀，其顏色為星系距離提供了線索：最藍的星系相對較近，通常表現出強烈的恆星形成，這是哈勃望遠鏡最能探測到的，而更紅的星系往往更遙遠，或者含有大量的塵埃，這是韋伯探測到的。這張照片揭示了大量的細節，只有結合兩台太空望遠鏡的力量才能捕捉到這些細節。

星系團MACS0416全色視圖

在這張圖像中，藍色代表0.435和0.606微米波長的數據（哈勃濾鏡F435W和F606W）；青色代表0.814、0.9和1.05微米波長的數據（哈勃濾鏡F814W、F105W和韋伯濾鏡F090W）；綠色代表1.15、1.25、1.4、1.5和1.6微米波長的數據（哈勃濾鏡F125W、F140W和F160W，以及韋伯濾波器F115W和F150W）；黃色代表2.00微米和2.77微米波長的數據（韋伯濾鏡F200W和F277W）；橙色為3.56微米波長的數據（韋伯濾鏡F356W）；紅色代表4.1微米和4.44微米的數據（韋伯濾鏡F410M和F444W）。影像來源：NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Spain), J. D’Silva (U. Western Australia), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU), and H. Yan (U. Missouri).

這張照片揭示了大量的細節，只有結合兩台太空望遠鏡的力量才能捕捉到這些細節。它包括星團外的大量星系和隨時間變化的少量光源，可能是由於引力透鏡效應——來自遙遠背景光源的光的扭曲和放大。

這個星團是一系列前所未有的超深度宇宙視圖中的第一個，這些視圖來自一個雄心勃勃的合作哈勃計畫，名為前沿領域（Frontier Fields），於2014年啟動。哈勃率先探索了一些迄今為止探測到的最微弱、最年輕的星系。韋伯的紅外視野通過它的紅外視野深入到早期宇宙的更深處，極大地支持了這種深度觀測。

”我們正在通過推動更遙遠的距離和更暗淡的物體來建立哈勃的遺產。”亞利桑那州立大學的羅吉爾·溫德霍斯特說，他是PEARLS（再電離和透鏡科學的主要星系外區域）項目的首席研究員，該計畫進行了韋伯的觀測。

哈勃/韋伯對比影像

並排的哈勃/韋伯影像

這張MACS0416星系團的並排對比圖，由哈勃太空望遠鏡在可見光下（左）和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在紅外光下（右）拍攝，揭示了不同的細節。這兩幅圖像都顯示了數百個星系，然而韋伯圖像顯示了哈勃圖像中不可見或幾乎不可見的星系。這是因為韋伯的紅外視覺可以探測到距離哈勃太遠或塵埃太多的星系。（由於宇宙膨脹，來自遙遠星系的光會發生紅移。）韋伯的總曝光時間約為22小時，而哈勃的曝光時間為122小時。影像來源：NASA, ESA, CSA, STScI

聖誕樹星系團

雖然韋伯的新觀察有助於這種美學觀點，但它們是出於特定的科學目的。研究團隊將他們的三個時期的觀測結果結合起來，每個時期相隔幾周，第四個時期來自CANUCS（加拿大NIRISS非偏倚聚類調查）研究團隊。目標是尋找隨時間變化的觀測亮度的物體，即所謂的瞬變天體。

他們在視野中發現了14個這樣的瞬變天體。其中12個瞬變天體位於三個被引力透鏡高度放大的星系中，很可能是被短暫高度放大的單個恆星或多恆星系統。剩下的兩顆瞬變天體位於放大程度適中的背景星系中，很可能是超新星。

“我們稱MACS0416為聖誕樹星系團，既是因為它如此豐富多彩，也因為我們在其中發現了這些閃爍的光。我們到處都能看到瞬變現象，”哥倫比亞密蘇里大學的嚴浩靜（音譯）說，他是一篇描述這些科學結果的論文的第一作者。

在相對較短的時間內通過觀測發現了如此多的瞬變現象，這表示天文學家可以通過韋伯的定期監測在這個星團和其他類似的星團中發現更多的瞬變現象。

怪獸之星

在研究團隊發現的瞬變現象中，有一種尤為突出。它位於大爆炸後大約30億年存在的星系中，被放大了至少4,000倍。該團隊將這顆恆星系統命名為摩斯拉，以此向它的“怪物本性”致敬，因為它既極其明亮，又被極大地放大。這顆恆星加入了另一顆被研究人員命名為哥斯拉的透鏡恆星的行列。（哥斯拉和摩斯拉都是日本電影中被稱為怪獸的巨型怪物。）

有趣的是，在哈勃望遠鏡9年前拍攝的觀測中也能看到摩斯拉。這是不尋常的，因為需要在前景星系團和背景恆星之間有一個非常特殊的排列，才能將一顆恆星放大得如此之大。恆星和星團的相互運動最終消除了這種排列。

引力透鏡星系

這張MACS0416星系團的照片突出了一個特殊的引力透鏡背景星系，它存在於大爆炸後大約30億年。該星系包含一個瞬變天體，也就是觀測到的亮度隨時間變化的天體，科學團隊將其稱摩斯拉。魔斯拉是一顆被放大了至少4000倍的星星。該團隊認為，魔斯拉不僅被MACS0416星系團的引力放大，還被一種稱為“毫透鏡”的物體放大，這種天體的重量可能與球狀星團相當。影像來源：NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Spain), J. D’Silva (U. Western Australia), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU), and H. Yan (U. Missouri).

引力透鏡星系

最可能的解釋是，前景星團中有一個額外的天體增加了放大倍率。該團隊能夠將其質量限制在太陽質量的1萬到100萬倍之間。然而，這種所謂的“毫透鏡”的確切性質仍然未知。

“最可能的解釋是一個球狀星團，它太暗了，韋伯無法直接看到。”西班牙坎塔布里亞研究所的何塞·迭戈說，他是詳細介紹這一發現的論文的主要作者。“但我們還不知道這個額外鏡頭的真實性質。”

嚴浩靜等人的論文已被《天體物理雜誌》接受發表。迭戈等人的論文發表在《天文學與天體物理學》上。

這裡顯示的韋伯數據是作為PEARLS GTO計畫1176的一部分獲得。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上最重要的太空科學天文台。韋伯正在解決我們太陽系的謎團，展望其他恆星周圍的遙遠世界，並探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的地位。韋伯是一個由NASA及其合作夥伴ESA和加拿大航天局領導的國際計畫。

哈勃太空望遠鏡是NASA和ESA之間的國際合作項目。位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心負責管理該望遠鏡。位於馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）進行哈勃和韋伯科學操作。STScI由位於華盛頓特區的大學天文學研究協會為NASA運營。

其它觀測情況

天文學家們還運用了印度巨型米波射電望遠鏡的數據來研究MACS J0416，錢德拉太空望遠鏡的數據體現了融合的星系團中溫度達到上百萬度的氣體。