潘多拉星系团（Abell 2744）巨型引力透镜宇宙幼年面容

摘要：潘多拉星系团是由韦伯望远镜发现，2014年哈勃发现“鬼火”恒星，这可能和星系团的引力作用有关，利用引力透镜效应可观测早期宇宙。潘多拉星系团于2023年11月被发现，其距离地球330亿光年，这一发现对早期星系形成的研究很重要。引力透镜是由于大质量物体扭曲时空，放

潘多拉星系团是由韦伯望远镜发现，2014年哈勃发现“鬼火”恒星，这可能和星系团的引力作用有关，利用引力透镜效应可观测早期宇宙。潘多拉星系团于2023年11月被发现，其距离地球330亿光年，这一发现对早期星系形成的研究很重要。引力透镜是由于大质量物体扭曲时空，放大了背景星系的光。

潘多拉星系团是由三个大质量星系团合并形成的巨型引力透镜系统（总质量约4万亿倍太阳质量），其引力场强大到足以显著扭曲时空结构，形成爱因斯坦所预言的引力透镜效应。根据广义相对论，大质量天体会弯曲周围时空，导致背景光源的光线路径偏折，产生放大、拉伸或多重成像现象。韦伯望远镜（JWST）的近红外相机（NIRCam）通过30小时的曝光，捕捉到约50,000个近红外光源，其中包含大量被透镜效应放大的早期宇宙星系（如红移z≈11的星系）。透镜效应使韦伯望远镜能够观测到宇宙年龄仅3.3亿年（红移z≈13）的星系，其光行距离达134亿光年，因宇宙膨胀当前共动距离为330亿光年。UNCOVER z-13和z-12星系的发现揭示了早期星系的多样性（直径约2000光年，呈“花生”或“蓬松球”形态），这挑战了传统星系形成模型的均一性假设。数据发现，潘多拉星系团的合并过程触发了剧烈的动力学相互作用。哈勃望远镜曾观测到其内部因潮汐力撕裂星系而产生的“鬼火”（约2000亿颗流浪恒星，占总亮度的10%），其重元素（如氧、碳）丰度表明它们源自螺旋星系被剥离的第二代恒星。这一现象支持了ΛCDM模型中暗物质主导的星系团演化框架理论，暗物质晕的引力势阱引导重子物质聚集，而合并时的动能耗散导致恒星流和星系间介质（IGM）的加热。观测发现，星系团质量分布与可见物质不匹配，这需要暗物质解释透镜强度，也暗示暗物质的存在；流浪恒星的金属丰度为研究宇宙早期化学演化提供了样本。韦伯望远镜的NIRSpec光谱仪对透镜星系的光谱分析显示，UNCOVER z-13和z-12星系几乎不含金属元素（如铁），表明它们是宇宙再电离时代（Epoch of Reionization, EoR）前的第一代恒星工厂。其快速恒星形成率（SFR）支持了冷暗物质坍缩模型；原始气体云在暗物质晕中冷却、碎裂，触发原初恒星爆发。宾夕法尼亚州立大学的Joel Leja指出，“这些星系是制造重元素的第一批工厂，其特性验证了大爆炸理论的预测。”通过红移z>12的星系，可以研究氢再电离的物理机制，这一工作有重要意义。低金属含量数据支持早期星系由原始气体直接坍缩形成。UNCOVER项目通过拼接四幅韦伯快照生成全景图像，并公开NIRCam测光数据，可推动全球协作。斯威本科技大学的Ivo Labbe强调：“韦伯的灵敏度揭示了哈勃无法探测的透镜核区域，数百个遥远星系以微弱弧线显现”；开放科学模式可以加速全球天文学的发展。