哈勃太空望远镜

一个天文学家小组利用美国国家航空航天局(NASA)的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)的独特功能，发现了宇宙中有史以来最强劲的能量外流。它们从类星体发出，像海啸一样横扫星际空间，对类星体所在的星系造成严重破坏。 类星体是极遥远的天体，释放出异常巨大的能量。类星体中包含着由入射物质推动的超大质量黑洞，这些物质的亮度是由几千亿颗恒星组成的主星系的1000倍。 当黑洞吞噬物质时，热气体将其包围并发出强烈的辐射，从而形成类星体。由黑洞附近的炽热辐射压力驱动的风将物质推离银河系的中心。这些流出物加速到惊人的速度，其速度达到光速的百分之几。 “没有其他现象会携带更多的机械能。在一千万年的生命周期中，这些流出物所产生的能量是伽马射线爆发的一百万倍。”弗吉尼亚州布莱克斯堡的弗吉尼亚理工学院的首席研究员纳胡姆·阿拉夫解释说，“这些风每年都在推动数百个太阳质量的物质。这些流出物携带的机械能比整个银河系的光度高数百倍。” 这是一个以活跃类星体为中心的遥远星系的图示。 一个类星体会释放超高质量的黑洞，该黑洞由物质坠落推动而产生大量能量。 利用哈勃太空望远镜的独特功能，天文学家发现黑洞附近的巨大辐射压力将物质以光速的几分之一将物质推离星系中心。每年“类星体风”正在推动数百个太阳质量的物质。 当物质像雪一样进入周围的气体和尘埃中时，这会影响整个星系。 来源：NASA, ESA and J. Olmsted (STScI) 类星体风扫过星系的圆盘。原本会形成新恒星的物质被猛烈地从星系中扫出，导致恒星的诞生停止。辐射将气体和尘埃推到远比科学家先前认为的更远的地方，形成了整个星系范围的事件。 当宇宙海啸猛烈撞击星际物质时，激波前部的温度会飙升到数十亿度，在那里物质在X射线中大量发光，但在整个光谱中也很宽泛。任何目睹这一事件的人都会看到灿烂的天象。“你首先会受到x射线和伽玛射线的大量辐射，然后它会渗透到可见光和红外光中。”阿拉夫说，“你会看到一个巨大的像灯光秀一样的圣诞树遍布整个星系。” 星系演化的数值模拟表明，这种外流现象可以解释一些重要的宇宙学难题，例如，为什么天文学家在宇宙中观察到的大星系如此之少，以及为什么星系的质量与其中心黑洞的质量之间存在关系。这项研究表明，如此强大的类星体外流应该在早期宇宙中普遍存在。 “几十年来，理论家和观测者都知道，在大质量星系中，有一些物理过程阻止了恒星的形成，但这个过程的本质一直是个谜。”纽约哥伦比亚大学和新泽西州普林斯顿大学的著名宇宙学家耶利米·P·奥萨斯特解释说，“将观测到的流出物纳入我们的模拟可以解决银河系进化中的这些突出问题。” 天文学家研究了13个类星体的外流，他们通过观察这些发光的气体发出的光谱“指纹”，可以计算出类星体风加速气体的惊人速度。哈勃的紫外线数据显示，由于气体在空间中的快速运动，由物质沿光路产生的这些光吸收特征在光谱中发生了位移。这是由于多普勒效应所致，一个物体的运动压缩或拉伸光波，取决于它是接近还是远离我们。只有哈勃望远镜具有特定的紫外线敏感度范围，天文学家才能获得导致这一发现的必要观测结果。 除了测量迄今为止观测到的能量最大的类星体外，研究小组还发现了另一个比其他任何类星体都要快的星体流出物。在三年的时间里，它从4300万英里每小时加速到大约4600万英里每小时。科学家们认为，随着时间的推移，其加速度将继续增加。 “哈勃望远镜的紫外线观测使我们能够跟踪类星体的整个能量输出范围，从较冷的气体到更大质量的风中极热的、高度电离的气体，”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的研究小组成员杰拉德·克里斯s补充说。“这些以前只能通过更困难的X射线观测才能看到。如此强大的外流可能会让我们对中央超大质量黑洞的形成和整个主星系的发展之间的联系有新的认识。” 该团队还包括来自弗吉尼亚理工大学的研究生徐欣凤和博士后研究员蒂莫西·米勒，以及太空望远镜科学研究所的雷切尔·普莱莎。这些发现在2020年3月发表在《天体物理学杂志增刊》重点期刊的一系列的六篇论文中。 哈勃太空望远镜是NASA与ESA（欧洲航天局）之间国际合作的项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。太空望远镜科学研究所（STScI）进行哈勃科学操作。 STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/quasar-tsunamis-rip-across-galaxies

太阳系中的冰巨星：天王星和海王星既神秘又遥远。NASA的詹姆斯•韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）将在2021年发射后不久，破解关于这两颗行星的大气的秘密，揭开它们的神秘面纱。 哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）拍摄的这些图像显示了天王星的不同面貌。如左侧图所示，拍摄于2005年的天王中图像中年展示了其光环系统。天王星（连同其光环和卫星）向侧面倾斜，其自转轴的倾斜角度约为90度。在哈勃太空望远镜于一年后所拍摄的特写图中，揭示了天王星的带状结构和一个神秘黑暗风暴。 版权：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和M. Showalter (地外文明搜寻研究所，SETI Institute）； 右侧图像：NASA、ESA、L. Sromovsky和P. Fr（威斯康星大学，U. Wisconsin）、H. Hammel（空间科学研究所，Space Science Institute）和K. Rages （SETI Institute） 寒冷而遥远的巨行星天王星和海王星被称为“冰巨星”（ice giants），因为它们的内部结构不同于木星和土星。木星和土星富含氢和氦，被称为“气态巨行星”（gas giants）。此外，冰巨星的体积也小于气体巨行星，介于类地行星（terrestrial planets）和气态巨行星之间。冰巨星是太阳系中被探索最少的一类行星。科学家们利用韦伯太空望远镜任务，通过只有韦伯太空望远镜才能够做到的方式，来研究天王星和海王星的环流模式、化学成分和天气。 这项研究的负责人、英国莱斯特大学（University of Leicester）行星科学副教授利•弗莱彻（Leigh Fletcher）解释道：“韦伯太空望远镜能够做到的关键事情是绘制天王星和海王星的大气温度和化学结构图，这是其他任何太空望远镜都难以实现的。据我们推测，与气态巨行星相比，冰巨星的天气和气候具有根本不同的特征。部分原因在于它们离太阳太远，体积更小，在轴上旋转更慢，同样也因为气体的均匀度和大气混合的量与木星和土星差距极大。” 天王星和海王高层大气中的所有气体都具有韦伯太空望远镜能够探测到的独特化学“指纹”。至关重要的是，韦伯太空望远镜能够区分不同的化学物质。它将能够分辨，这些化学物质是由阳光与大气相互作用产生的，还是通过大规模环流模式从一个地方重新分布到另一个地方的。 这些研究将通过特保时间观测（Guaranteed Time Observations, GTO）项目进行，该项目由行星科学家、韦伯太空望远镜项目的跨学科科学家海蒂•海默（Heidi Hammel）领导。同时，她也是华盛顿哥伦比亚特区大学天文研究协会（Association of Universities for Research in Astronomy, AURA）的副主席。海蒂•海默的项目将证明韦伯太空望远镜观测太阳系天体的能力，并运用韦伯太空望远镜对明亮和/或正在天空中移动的观测对象的一些特定技术。 天王星：倾斜的行星 不同于太阳系中的其他行星，天王星（连同其光环和卫星）是向一侧倾斜的，其自转轴的倾斜角度约为90度。这种独特的轴倾斜可能是在太阳系形成初期与另一颗巨大的原行星（protoplanet）发生剧烈碰撞的结果，导致了天王星上的极端季节。 旅行者2号（Voyager 2）于1986年飞掠天王星时，观测到特征不明显的略带蓝色的天体。一层薄雾遮住了视野中行星上的大部分云层特征。 版权：NASA /喷气推进实验室-加州理工学院（JPL-Caltech） 当NASA的旅行者2号探测器于1986年飞掠天王星时，天王星的一个极点正对着太阳。海蒂•海默解释道：“不管天王星旋转多少，它的其中一个半球始终处于光照下，另一面半球则完全处于黑暗中。这是你所能想象到的最疯狂的事情。” 令人失望的是，旅行者2号只观测到了一颗被薄雾覆盖的光滑行星，只有寥寥几片云。但当哈勃太空望远镜在21世纪初观测天王星时，天王星已经绕轨道运行了四分之一圈。现在，天王星的赤道正对太阳，一天中整颗星球在都能被阳光照射到。 海蒂•海默表示：“理论上而言，什么都不会改变。但事实上却是，天王星开始出现各种各样的亮云，并且哈勃太空望远镜发现了一块黑斑。当天王星环绕着太阳运行时，随着阳光的变化，云层似乎发生了剧烈的变化。” 随着海王星继续其缓慢的轨道运行，它的另一极将于2028正对太阳。 韦伯太空望远镜将深入了解驱动天王星云层和天气形成的强大的季节性力量，以及其随着时间的变化。这将有助于确定能量如何流动并通过天王星大气运输。科学家们希望利用韦伯太空望远镜的整个任务历程来观测天王星，以建立一个天王星大气如何响应极端季节的时间轴。这将有助于他们理解为什么天王星的大气层似乎经历了一段时期的剧烈活动，其间穿插着平静的时刻。 海王星：超音速风的星球 海王星是一颗黑暗、寒冷的星球，然而它却被风速高达每小时1500英里的超音速风搅得天翻地覆。海王星与太阳的距离是地球跟太阳距离的30倍，是太阳系中唯一一颗用肉眼看不到的行星。海王星于1846年被发现，但在此之前，科学家们已经利用数学预测出了其存在。2011年，海王星完成了自被发现以来的第一个165年的太阳轨道周期。 旅行者2号拍摄的这幅海王星图像显示了一颗寒冷、黑暗风暴肆虐的星球。1989年，NASA的旅行者2号成为第一个也是唯一一个观测海王星的探测器，在距离海王星北极约3000英里的上空飞过。 版权：NASA /JPL-Caltech 与天王星类似，海王星的深层大气由水、氨、硫化氢和甲烷组成，包裹在未知的、难以到达的内核之外。上层大气由氢、氦和甲烷构成。同天王星一样，甲烷使海王星呈现出蓝色，但大气中一些仍然神秘未知的化学物质使海王星的蓝色比天王星更引人注目。 利•弗莱彻解释道：“关于海王星也存在同样的问题：能量是如何流动的，又是如何在行星大气中运输的？但海王星的情况不同于天王星，海王星有强大的内部热源，能够驱动太阳系中最强烈风暴的产生以及最转瞬即逝的大气涡旋以及云的特征。如果我们持续观测海王星，它的表面总是随着这些云的改变而变化。” 1989年，旅行者2号飞掠海王星之后，科学家们在这颗行星的南极发现了一个明亮、炽热的漩涡 – 风暴。由于那里的温度比大气中其他任何地方都要高，因此该区域可能与某种独特的化学物质有关。韦伯太阳望远镜的高灵敏度将使科学家们得以了解极地涡旋不寻常的化学环境。 仅仅是个开始 利•弗莱彻建议，要做好观测天王星和海王星上的现象的准备，这些现象与我们过去所看到的完全不同。他表示：“韦伯太空望远镜确有能力从全新的视野来观测这两颗冰巨星。但若想了解塑造它们的持续的大气过程，我们所需要的远非若干样本而已。因此，我们将木星、土星、天王星和海王星进行比较，并通过比较建立关于大气运行的一个更广泛的总体图景。这是了解这些行星如何随时间演化的开始。” 海默补充道：“据我们目前所知有数百颗围绕着其他恒星运行的系外行星（exoplanets），它们和太阳系中的冰巨星大小相似。天王星和海王星为我们研究这些新发现的系外行星提供了基本依据。” 2018年哈勃空间望远镜拍摄到的海王星，在海王星上有一个新的黑暗风暴（顶部中间） 版权：NASA、ESA和A. Simon (NASA戈达德太空飞行中心，NASA Goddard Space Flight Center)，M. Wong和A. Hsu（加州大学伯克利分校，University of California, Berkeley） 詹姆斯•韦伯太空望远镜将于2021年发射，届时它将成为世界上首屈一指的空间科学观测站。韦伯太空望远镜将解开太阳系的奥秘，远眺其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构及起源，以及我们在其中的位置。韦伯太空望远镜任务是一个由NASA及其合作伙伴ESA和加拿大航天局领导（Canadian Space Agency）领导的国际项目。 关于韦伯太空望远镜的更多信息，请访问www.nasa.gov/webb。 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/examining-ice-giants-with-nasa-s-webb-telescope

Credit:NASA 天文学家一般在恒星的“宜居带”，也被称为“金凤花区域”（Goldilocks zone）内的行星上寻找地外生命。“宜居带”指一颗恒星周围的一定距离范围，在这一范围内温度适宜使水能够以液态形式存在于行星表面，从而可以孕育生命。 经过三十年的恒星调查，一个新兴的观点认为：存在“金凤花恒星”（Goldilocks stars”），其行星环境既不太热也不太冷，最重要的是，能够支持生命存在。 太阳滋养了地球上的生命已近40亿年，因此传统观点认为，像太行这样的恒星是寻找其他潜在宜居星球的主要候选者。实际上，那些温度和亮度比太阳稍低的K型矮星才是真正的“宜居恒星”。宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学的爱德华•吉南（Edward Guinan）表示：“K型矮星处于’最佳位置’，其特性介于更稀有、更明亮、寿命更短的太阳型恒星（G型星）和数量更多的红矮星（M型星）之间。K型恒星，尤其是其中温度较高的那些恒星，拥有最好的恒星环境。如果你在寻找宜居行星，那么大量K恒型星则提高了你找到生命的机率。” 这幅信息图比较了银河系中三类恒星的特征：类日恒星被归类为G型恒星；质量比太阳小、温度比太阳低的恒星是K型矮星；更暗淡、表面温度更低的恒星是颜色偏红的M型矮星。这张图表根据几个重要的变量对这些恒星进行了比较。对于温度更高的恒星来说，其宜居带更宽，更有可能有存在生命的行星。M型红矮星的寿命可以超过1000亿年，K型矮星的寿命从150亿年到450亿年不等，而太阳只能持续100亿年。M型恒星发出的有害辐射（对我们所知的生命而言）是太阳辐射的80到500倍，而橙色K型矮星辐射则仅是太阳辐射的5到25倍。红矮星占银河系恒星数量的大部分，约73%。类日恒星仅占6%，K型矮星约占13%。当这四个变量得以平衡，最适合孕育高级生命的恒星是K型矮星。 版权：NASA, 欧洲航天局（ESA）和Z. Levy （太空望远镜科学研究所，STScI) 首先，银河系中K型矮星的数量是类日恒星的三倍。距太阳100光年的范围内大约有1000颗K型恒星，是主要的探索对象。这些“橙色矮星”的寿命从150亿年到450亿年不等。相比之下，太阳只持续100亿年，而现在已经走过了其寿命的一半。以其相对较快的恒星演化速度，再过10亿或20亿年，地球基本将无法居住。Guinan 表示：“类日恒星限制了行星大气的稳定状态能够保持多久。”这是因为大约10亿年后，地球将在太阳宜居带的热（内）边缘内运行，随着太阳变得越来越热、越来越亮，宜居带就会逐渐向外移动。最终，随着现有大气和海洋的失去，地球将变得干燥。到90亿年的时候，太阳将膨胀成一颗可以吞噬掉地球的红巨星。 红矮星（也被称为M型矮星）尽管体积较小、数量更多，其寿命也更长，而且据我们所知，似乎不适宜生命存在。红矮星的宜居带相对狭窄，位于其宜居带内的行星距离恒星非常近，暴露在极端水平的X射线和紫外线辐射下，其辐射强度可能是地球受到的太阳辐射的成千上万倍。持续不断的耀斑和日冕物质抛射使大量等离子体和高能粒子不断轰击其行星。这样一来，红矮星“宜居带”内的行星会被“烤干”，在它们生命早期就失去大气层。这可能会阻止这些行星在红矮星爆发减弱几十亿年后进化成更适宜居住的星球。Guinan表示：“我们对在诸多M型恒星周围发现高级生命的机会不再那么乐观了。” 根据Guinan的研究，K型矮星并没有剧烈活跃的磁场来驱动强X射线和紫外线辐射以及能量爆发，因此它们发射耀斑的频率要低得多。伴星所受到的致命X射线辐射大约是那些围绕磁性活跃的M型恒星运行的“宜居带”内的行星的1/100。 在一个名为“GoldiloKs”的项目中，Guinan和他在维拉诺瓦大学的同事斯科特•恩格尔（Scott Engle）正在与本科生一起对一些温度较低的G型恒星和K型恒星进行抽样，测量其年龄、自转速度、X射线和远紫外线辐射强度。他们使用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜、钱德拉X射线天文台和欧洲航天局（ESA）的XMM-牛顿卫星进行观测。哈勃望远镜对紫外线的敏感性使其被用来评估来自大约20个橙矮星样本的辐射。Guinan表示：“哈勃望远镜是目前唯一能进行这种观测的望远镜。” Guinan和Engle发现，与红矮星周围的行星相比，橙矮星周围的行星的辐射水平要温和得多。K型恒星的寿命也更长，从而使宜居带的迁移速度也更慢。因此，K型矮星似乎是寻找生命的理想场所，而这些恒星将为高级生命在行星上演化发展提供时间。在太阳的整个生命周期（100亿年）中，K型恒星的亮度只增加了约10-15%，这使得其生物进化历程比在地球上进化出高级生命形式的时间要长得多。 Guinan和Engle对一些更感兴趣的K型恒星进行了观测，包括开普勒-442、鲸鱼座的天仑五（Tau Ceti）和波江座的天苑四（Epsilon Eridani）。（后两颗恒星是20世纪50年代末“奥兹玛计划”的早期探索目标，奥兹玛计划首次尝试探测来自外星文明的无线电信号。） Guinan表示：值得注意的是，开普勒-442（光谱分类，K5）有被认为是最好的适居行星之一的Kepler-442b，这是一颗岩石行星，质量是地球的两倍多一点。因此，开普勒-442星系存在一颗宜居恒星和一颗宜居行星！” 在过去的30年里，Guinan、Engle和他们的学生观测到了各种恒星类型。根据他们的研究，研究人员确定了恒星年龄、自转速度、X射线-紫外线辐射和耀斑活动之间的关系。这些数据已被用来研究高能辐射对行星大气和潜在生命的影响。 相关结果于2020年1月6日在美国夏威夷檀香山举行的第235届美国天文学会年会上进行了公布。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间的国际合作项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理这架望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃的科学运营。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/goldilocks-stars-are-best-places-to-look-for-life/

天文学家们利用NASA的哈勃太空望远镜和一项新的观测技术，天文学家发现暗物质形成的团块比以前所知的要小得多。这个结果证实了被广泛接受的“冷暗物质”理论的一个基本预测。 根据这个理论，所有的星系都形成并嵌入在暗物质云中。暗物质本身由缓慢移动的或“冷”粒子组成，它们聚集在一起形成的结构，从质量是银河系几十万倍的，到质量不超过商用飞机重量的团块。(在这里，“冷”指的是粒子的速度。) 哈勃的观测使我们对暗物质的性质和它的活动方式有了新的认识。“我们对冷暗物质模型进行了非常有说服力的观测测试，它出色的通过了。”加州大学洛杉矶分校(UCLA)的TommasoTreu说，他是观察小组的成员之一。 暗物质是一种看不见的物质，它构成了宇宙的大部分质量，并为星系的形成提供了基础。尽管天文学家看不到暗物质，但他们可以通过测量其重力如何影响恒星和星系来间接检测其存在。通过寻找嵌入的恒星来探测最小的暗物质结构可能是困难的或不可能的，因为它们包含的恒星很少。 虽然在大星系和中型星系周围已经发现了暗物质的聚集，但是到目前为止还没有发现更小的暗物质团块。在缺乏观测证据的情况下，一些研究人员提出了替代理论，包括“暖暗物质”。这一观点表明暗物质粒子正在快速移动，速度太快，无法合并形成更小的浓度。新的观测结果并不支持这一假设，发现暗物质比温暖暗物质替代理论认为的“更冷”。 “暗物质比我们在小尺度上所知道的要冷得多，”位于加州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室的AnnaNierenberg说。“天文学家以前已经对暗物质理论进行了其他的观察性测试，但是我们的实验为小块冷暗物质的存在提供了迄今为止最有力的证据。”通过结合最新的理论预测、统计工具和新的哈勃观测，我们现在得到了比以前更可靠的结果。” 寻找缺乏恒星的暗物质是一项艰巨的任务。然而，哈勃研究小组使用了一种技术，他们不需要寻找恒星作为暗物质示踪剂的引力影响。研究小组瞄准了8个强大而遥远的宇宙“街灯”，这些“街灯”被称为类星体(活跃的黑洞周围发出大量光的区域)。天文学家们测量了在每个类星体的黑洞轨道上运行的氧气和氖气体发出的光是如何被一个巨大的前景星系的引力扭曲的，该星系起着放大镜的作用。 每一张哈勃太空望远镜的快照都显示了四张背景类星体及其宿主星系的扭曲图像，它们围绕着一个前景中的大质量星系的中心核心。巨大的前景星系的引力就像一个放大镜，通过一种被称为引力透镜的效应来扭曲类星体的光线。类星体是由活跃的黑洞产生的极其遥远的宇宙街灯。由于前景星系和背景类星体之间需要近乎精确的对齐，这样的四倍类星体图像是罕见的。天文学家利用引力透镜效应探测到迄今为止发现的最小的暗物质团块。这些团块位于望远镜观测到类星体的视线范围内，以及前景透镜星系的内部和周围。暗物质浓度的存在改变了每个扭曲的类星体图像的表观亮度和位置。天文学家将这些测量结果与类星体图像在没有暗物质团块影响的情况下的样子进行了比较。研究人员利用这些测量数据来计算微小暗物质浓度的质量。哈勃望远镜的广角相机3号捕获了每个类星体的近红外光，并将其分散成不同的颜色，以便进行光谱研究。这些照片拍摄于2015年至2018年。 来源：NASA,ESA,A.Nierenberg(JPL)andT.Treu(UCLA) 通过这种方法，研究小组发现了沿着望远镜视线到类星体的暗物质团块，以及在这些相互干涉的透镜星系内和周围的暗物质团块。哈勃探测到的暗物质浓度是银河系暗物质晕质量的1/10000到1/100000倍。许多这些微小的星系群很可能甚至不包含小星系，因此用传统的寻找嵌入恒星的方法是不可能探测到它们的。 暗物质团块的存在改变了每个扭曲的类星体图像的表观亮度和位置。天文学家将这些测量结果与类星体图像在没有暗物质影响的情况下的样子进行了比较。研究人员利用这些测量数据来计算微小暗物质浓度的质量。为了分析数据，研究人员还开发了复杂的计算程序和密集的重建技术。 “想象一下，这八个星系中的每一个都是一个巨大的放大镜，”加州大学洛杉矶分校的研究小组成员丹尼尔·吉尔曼解释说。“小小的暗物质团块就像放大镜上的小裂缝一样，改变了这四幅类星体图像的亮度和位置，这与你在放大镜光滑时看到的景象形成了对比。” 研究人员利用哈勃的广角相机3号捕捉到每个类星体发出的近红外光，并将其分散成不同的颜色，用光谱学进行研究。背景类星体独特的发射物在红外线下最容易被看到。“哈勃望远镜的太空观测使我们能够在星系系统中进行这些测量，而这些测量是用较低分辨率的地面望远镜无法实现的，而地球的大气层对于我们需要观测的红外光是不透明的。”加州大学洛杉矶分校的研究小组成员Simon Birrer解释说。 Treu补充说：“令人难以置信的是，经过近30年的运行，哈勃望远镜使我们能够对基础物理学和宇宙的本质进行前沿观察，这是我们在发射哈勃望远镜时做梦也没想到的。” 引力透镜是通过对地面调查（例如斯隆数字天空调查和暗能量调查）进行筛选而发现的，这些调查提供了有史以来最详尽的宇宙三维地图。类星体距离地球大约100亿光年；而前景星系距离地球大约20亿光年。 该图形说明了一个遥远的类星体的光是如何被一个巨大的前景星系和沿着光路聚集的微小暗物质改变的。星系强大的引力扭曲并放大了类星体的光，产生了四张扭曲的类星体图像。这些暗物质聚集在哈勃太空望远镜观测到的类星体的视线范围内，以及前景星系的内部和周围。暗物质团块的存在改变了每一个被扭曲的类星体图像的表观亮度和位置，通过扭曲和轻微弯曲光线从遥远的类星体传播到地球，如图中扭动的线条所示。天文学家将这些测量结果与类星体图像在没有暗物质团块影响的情况下的样子进行了比较。研究人员利用这些测量数据来计算微小暗物质浓度的质量。类星体的四倍图像很少见，因为它的背景类星体和前景星系需要近乎完美的排列。 来源：NASA, ESA and D. Player (STScI) 研究中发现的小结构的数量为暗物质的性质提供了更多的线索。“暗物质的粒子特性会影响形成多少团块。”尼伦伯格解释说。“这意味着你可以通过计算小团块的数量来了解暗物质的粒子物理学。” 但是，构成暗物质的粒子类型仍然是个谜。“目前，实验室没有直接证据表明存在暗物质颗粒。”比勒说。“根据对宇宙暗物质的观察，如果宇宙学家不说暗物质存在，粒子物理学家甚至不会谈论暗物质。当我们的宇宙学家谈论暗物质时，我们在问’它如何控制宇宙的出现，在什么尺度上？” 天文学家将能够使用未来的NASA太空望远镜，如詹姆斯·韦伯太空望远镜和广域红外探测望远镜(WFIRST)，对暗物质进行后续研究，这两个望远镜都是红外天文台。韦伯将能够有效地获得所有已知的四透镜类星体的这些测量数据。WFIRST望远镜的清晰度和大视野将有助于天文学家观察受大型星系和星系团巨大引力场影响的整个空间区域。这将有助于研究人员发现更多此类稀有系统。 研究小组将在夏威夷檀香山召开的美国天文学会第235届会议上公布他们的研究结果。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA（欧洲航天局）之间国际合作的项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-detects-smallest-known-dark-matter-clumps