中头奖！发现亮度超过100万亿个太阳的最亮红外星系

　　原文标题：Jackpot! Cosmic Magnifying-Glass Effect Captures Universe's Brightest Galaxies
　　原文作者：James Lowenthal；Donna Weaver，Ray Villard
　　副标题：Galaxies Shine with the Brilliance of up to 100 Trillion Suns
　　来自：哈勃官网； 发表时间：2017.6.6
　　翻译：gohomeman1  审校：数星星的猫（编译版权所有，未经许可请勿转载）
　　2017.6.6：二十世纪八十年代，天文学家曾经为发现在红外波段亮度超过银河系几千倍的超亮红外星系（ULIG，通常包裹在尘埃茧中）而雀跃欢呼。它们是疯狂的恒星孕育场，每年大批量制造恒星。到现在仍没完全搞清是什么在支撑这么强劲的红外灯泡。现在，哈勃望远镜的观测帮助天文学家确认了星系能量输出源。大部分此类星系位于多个星系聚居的星系巢中，3个、4个甚至5个星系扎堆（合并）。恒星诞生的焰火也产生了大量的尘埃，在红外波段强烈发光。

　　哈勃拍摄的6例引力透镜效应的ULIG。大图：9.1MB，版权：NASA、ESA，研究者团队；下同。
　　本图由哈勃第三代广域相机（WFC3）的红外通道（IR）拍摄，单色伪彩：1.60微米的H波段近红外光，橙色。
　　借助太空中天然的放大镜——引力透镜，哈勃给出了宇宙中最亮红外星系的特写照，它在红外波段超过银河系亮度的1万倍。
　　这些遥远星系图像，因引力透镜的作用，变得扭曲、放大，充满标志性的特殊光弧、光环。这类古怪的形状，主要是前景星系强大引力透镜效应的结果；另外这些非同寻常的大质量星系正在进行宇宙撞车大赛，也起了一定的作用。
　　团队研究报告首席作者、马萨诸塞州北安普敦市史密斯学院的詹姆斯·洛文塔（James Lowenthal）兴奋解说：“我们中了引力透镜的大奖！这些超亮、大质量的星暴星系是极为罕见的。引力透镜效应放大了它们的像，所以你能看到本来根本看不见的小细节：图像的分辨率甚至小于100光年。我们想知道是什么在驱动这些怪兽，而引力透镜为我们详细研究它们提供了支持。”
　　这些星系中充斥着初生恒星的星光，每年新生恒星超过1万颗（银河系才区区1颗/年，译注）！这个恒星孕育的巅峰期位于大约80亿年前，狂暴的恒星诞生潮（天文学称为星暴）同时伴生了巨量的尘埃，包裹遮盖了整个星系，使得它们在光学波段甚至变得看不见。但它们在红外波段却极为明亮，相当于10万亿到100万亿个（红外）太阳的光辉！
　　强引力透镜效应发生在大质量的星系、星系团，放大、扭曲极遥远的暗淡背景星系图像的时候。此前对星系的红外波段的地基和空间望远镜观测，揭示其存在引力透镜效应。但哈勃的观测确认还是大大震惊了研究者。
　　2017.6.5，第230届全美天文学大会在德克萨斯州奥斯汀市召开，次日的下午15:15，洛文塔团队在大会上公布了他们的研究成果。
　　根据团队研究，这种特别的超亮红外星系，已知的不过几十个，散布在宇宙各处。它们位于早期宇宙中特别拥挤的区域，很容易触发极强的星暴现象。
　　这些星系也许能提供数十亿年前星系形成的线索。Lowenthal继续解释：“我们对星系的诞生实在知道得太少。我们需要了解本例这样极端情形下的星系，也需要明了像银河系这样平稳发展的情况，以便全面书写恒星、星系诞生的复杂传奇。”

　　带比例尺的星系图，标注的是前景星系的编号。大图：6.3MB。
　　为了研究这些奇异星系，团队首先要把产生透镜效应的前景星系梳理出去。引力透镜效应就好像你透过游泳池水在底部找东西：水扭曲了你的视线。同样的，引力透镜改变了遥远星系的外形。洛文塔接着阐述：“我们必须知道每个透镜效应的性质和放大率，以恰当地还原早期宇宙的面貌。这不但适用于这些最亮的红外星系，应该还适用于全部的遥远背景星系。”
　　Lowenthal团队对哈勃22个星系的巡天分析刚进行了一半。一个国际天文学家团队，首先在欧洲空间局（ESA）的普朗克（Planck）红外空间望远镜的远红外数据中，发现了这些星系，并进行了初步侦查。研究团队然后比对了ESA的赫歇尔（Herschel）空间红外望远镜的远红外数据、新墨西哥州甚大射电阵列（VLA）的地基射电数据；接着又使用墨西哥的大型毫米波望远镜（LMT）测量它们的准确距离（测定光谱红移，译注）。LMT的远红外图像中同样揭示了许多天体，暗示存在引力透镜效应。
　　这些极端明亮星系存在于80-115亿年之前，当时宇宙的密度很高，恒星制造速率远高于当前。尤其是这些特例的产星率是当前银河系的5千——1万倍。然而，它们制造如此多恒星所用的气体，也只用了银河系相同的气体量。
　　因此大问题就来了：是什么驱动了如此疯狂的星暴？洛文塔喋喋不休：“20年前我们就知道，宇宙中存在一类非常亮的大质量红外星系，含有极其多的尘埃，并正处于星暴过程中。但它们实在难以研究，因为尘埃云多得光学观测几乎不能进行；而且它们非常罕见，在哈勃所有的深空场、超深空场图像中都未曾现身。它们随机出现于宇宙某个角落，以前还没人详细研究过。故此，本次它们居然出现在引力透镜效应区域，真是太重要了。”
　　看来，这些星系可能是超亮红外星系（ULIG）更远、更亮的兄弟姊妹。ULIG是邻近宇宙中尘埃包封的大质量星暴星系；ULIG的星暴由两个旋涡星系的合并而触发，这可能是那些遥远同宗星暴潮的原因之一。不过，洛文塔介绍说，星系诞生和成长的计算机模拟显示，两个大型星系的合并更多的发生于这些星系所处时代的以后（离我们更近的时代）。
　　另一种星暴的可能缘由是大量的气体物质正在疯狂地涌入那些遥远的星系。Lowenthal 继续开讲：“早期宇宙远比当前的稠密，因此成团气体可能像大雨一样落入星系中，或者通过某种我们尚不了解的通道源源输入星系。反正这是理论学家的事了：你如何才能让这么多的气体以足够快的速度灌入星系中？”
　　研究团队计划继续使用哈勃和夏威夷的双子北座望远镜，区分前景和背景星系，以便他们能详细分析那些极端亮的怪兽星系。
　　未来的望远镜，比如规划于2018年发射的詹姆斯·韦伯红外空间望远镜（JWST），将能测量那些星系中的恒星速度，从而天文学家能够分析计算这些极亮星系的质量。
　　Lowenthal 最终总结道：“宇宙中充满各种各样的星系，包括在红外波段闪耀的那些。本例中看到的仅是冰山一角：红外波段中最亮的星系。”