精确称量类星体的星系

来自 EPFL 的一组研究人员找到了一种方法，可以利用强引力透镜现象来精确地确定包含类星体的星系的质量，以及它们在宇宙时间内的演化——比任何其他技术精确约 3 倍. 了解类星体宿主星系的质量可以深入了解早期宇宙中星系的演化，从而构建星系形成和黑洞发展的情景。结果发表在《自然天文学》上。

该研究的资深作者、洛桑联邦理工学院天体物理学家 Frédéric Courbin 表示：“通过引力透镜实现的前所未有的精度和准确度为在遥远的宇宙中获得可靠的质量估计提供了一条新途径，而传统技术在这些地方缺乏精度并且容易产生偏差。”

“过去曾测量过宿主星系的质量，但由于引力透镜效应，这是第一次在遥远的宇宙中进行如此精确的测量，”该研究的主要作者、目前在斯坦福大学的 Martin Millon 解释道。在 SNF 赠款上。

结合引力透镜和类星体

类星体是超大质量黑洞的发光表现形式，它位于宿主星系的中心，吸积周围的物质。通常很难测量类星体的宿主星系有多重，因为类星体是非常遥远的物体，而且它们非常明亮，以至于它们会盖过附近的任何东西。

引力透镜允许我们计算透镜物体的质量。多亏了爱因斯坦的引力理论，我们才知道夜空前景中的大质量物体——引力透镜——是如何弯曲来自背景物体的光线的。结果是奇怪的光环，实际上是引力透镜对背景物体光线的扭曲。

十多年前，当库尔宾骑自行车前往索维尼天文台时，他意识到他可以将这两者——类星体和引力透镜——结合起来，以测量类星体宿主星系的质量。为此，他必须在一个星系中找到一个也充当引力透镜的类星体。

迄今为止观测到的少数引力透镜类星体

斯隆数字巡天 (SDSS) 数据库是搜索引力透镜类星体候选者的好地方，但可以肯定的是，库尔宾必须看到透镜环。2010 年，他和同事委托哈勃太空望远镜观察 4 个候选天体，其中 3 个显示透镜效应。在这三个中，一个因其独特的引力透镜环而脱颖而出：SDSS J0919+2720。

SDSS J0919+2720 的 HST 图像显示前景中有两个明亮的物体，每个物体都充当引力透镜，“可能是两个正在合并过程中的星系，”Courbin 解释道。左边的是一个明亮的类星体，位于一个太暗以至于无法观察到的宿主星系中。右侧明亮的天体是另一个星系，主引力透镜。最左边的一个微弱物体是一个伴星系。特征环是来自背景星系的变形光。

计算镜头建模来拯救

通过仔细分析 SDSS J0919+2720 中的引力透镜环，可以确定这两个明亮物体的质量……原则上。如果没有合著者 Aymeric Galan 最近开发的基于小波的透镜建模技术，目前在慕尼黑工业大学 (TUM) 获得 SNF 资助，解开各种物体的质量是不可能的。

“天体物理学面临的最大挑战之一是了解超大质量黑洞是如何形成的，”加兰解释道。“了解它的质量、它与宿主星系的比较方式以及它如何在宇宙时代演化，这让我们能够抛弃或验证某些形成理论。”

“在本地宇宙中，我们观察到最大质量的星系在其中心也拥有最大质量的黑洞。这可能表明星系的生长受其中心黑洞辐射并注入星系的能量的调节。然而，为了检验这一理论，我们仍然需要不仅在本地而且在遥远的宇宙中研究这些相互作用”，Millon 解释道。

引力透镜事件非常罕见，千分之一的星系揭示了这种现象。由于类星体在大约每千个星系中可见一个，因此充当透镜的类星体是百万分之一。科学家们希望通过欧空局-宇航局欧几里德任务探测数百个此类透镜类星体，该任务将于今年夏天用 Falcon-9 SpaceX 火箭发射。