研究人员解开了詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的完美“爱因斯坦环”中心的难以解释的致密星系之谜

詹姆斯·韦伯太空望远镜去年在“爱因斯坦环”内发现了一个难以解释的致密星系。现在，研究人员认为他们可以解释这个宇宙难题。

研究人员可能已经解开了为什么被异常完美的“爱因斯坦环”包围的遥远星系比应有的密度更大的谜团：这个巨大的星系是由詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现的，正在被巨大的暗物质光环压缩。

爱因斯坦环最初是由阿尔伯特·爱因斯坦的相对论预言的，它是由一种称为引力透镜效应的现象产生的光晕，当来自遥远物体的光经过时会发生这种现象。围绕直接位于远处物体和观察者之间的“前景物体”扭曲。光线看起来好像被重力弯曲了。但实际上，光线在时空中沿直线传播，而时空因前景物体的巨大质量而扭曲。 

2023 年 9 月，天文学家在 JWST 收集的数据中发现了一个爱因斯坦环，命名为 JWST-ER1。发光结构有两部分：JWST-ER1r，它是由来自遥远星系的光制成的实际发光环； JWST-ER1g，它是透镜遥远星系光线的前景天体。 

JWST-ER1r 距地球约 210 亿光年，使其成为迄今为止发现的最遥远的引力透镜天体；在调整了宇宙的膨胀率后，研究人员估计星系诞生于大约 103 亿年前，即大爆炸后大约 34 亿年。

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在这一发现时，研究人员注意到透镜物体 JWST-ER1g 的密度异常高。围绕这个星系的环的大小和形状表明它的质量约为 6500 亿个太阳，这对于同等大小的星系来说是非常高的。这种质量的很大一部分可能是暗物质——一种神秘的物质形式，不与光相互作用，但约占宇宙中所有物质的85%。但即使考虑到这种神秘物质，这个星系相对于它的大小来说仍然显得太大了。

研究人员当时在一篇论文中写道：“需要额外的质量来解释透镜效应。”然而，他们没有解释这个“额外质量”可能是什么。 

但在 4 月 11 日发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究中，一组新的研究人员对 JWST-ER1g 的异常密度提出了一种解释：围绕星系的暗物质晕被压缩成当常规物质塌缩到其中时，空间变得越来越紧，从而导致神秘物质的密度更高。  

“我们的数值研究表明，这种机制可以解释 JWST-ER1g 的高暗物质密度，”该研究的主要作者、加州大学河滨分校物理与天文学系研究员孔德茂 ( UCR），在一份声明中说道。

这并不是 JWST 发现的第一个真正的爱因斯坦环。 2022 年 9 月，一位 Reddit 用户利用望远镜的数据揭示了一个距离地球约 120 亿光年的完美圆形光环。詹姆斯韦伯太空望远镜还利用引力透镜来捕捉迄今为止检测到的最遥远的恒星和宇宙中一些最古老的星系。

研究人员希望该望远镜能够帮助识别更多的爱因斯坦环，以进一步检验他们的理论。

“JWST 为我们提供了前所未有的机会来观察宇宙年轻时形成的古代星系，”研究合著者、加州大学河滨分校物理和天文学系教授于海波在声明中说。 “我们期望很快能从 JWST 看到更多惊喜，并了解更多有关暗物质的信息。”