國際天文學家團隊透過超長基線干涉測量術(VLBI)取得了重大突破,成功獲得了有史以來最清晰的重力透鏡無線電圖像。VLBI是一種尖端技術,它將分散在各大洲的無線電望遠鏡虛擬地連接起來。這項技術不僅捕捉到了光線扭曲的現象,更利用重力透鏡效應,首次在宇宙學距離上偵測到一個極小質量的天體。這項深具意義的研究成果已發表在權威期刊,包括《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)和《自然天文學》(Nature Astronomy)。
本次研究的核心目標是JVAS B1938+666系統。在這個系統中,一個質量龐大的橢圓星系充當了透鏡,它距離我們約65億光年,彎曲了來自更遙遠無線電源的輻射,該無線電源距離地球超過110億光年。為了達到前所未有的細節解析度,研究人員動用了VLBI技術,虛擬整合了全球22座無線電望遠鏡,其中包括歐洲VLBI網路和VLBA陣列。其中,由國家天文物理研究所(INAF)管理的位於麥迪奇納(Medicina)的32米「加夫里爾·格魯夫」(Gavriil Gryuff)天線發揮了關鍵作用。數據處理工作由JIVE協調完成,創造出一個單一的虛擬天線,其跨度相當於網路中最遠單元之間的距離,從而實現了千分之一角秒的驚人解析力。
經過長達十四小時、以1.7 GHz頻率進行的觀測,科學家們發現了一個「極度纖細且幾乎完整的重力弧——這是該技術迄今為止觀測到的最清晰影像」。透過對透鏡星系質量分佈進行精確建模,研究團隊成功重建了背景無線電源的真實形態。數據顯示,這個位於110億光年之外的遙遠天體結構緊湊且對稱,與超大質量黑洞活動的早期階段相符。該結構橫跨約2000光年,值得注意的是,它缺乏明顯的中心核心,但在邊緣處卻有兩個明亮的無線電發射區域。INAF的克里斯蒂安娜·斯平戈拉(Cristiana Spingola)指出,這篇論文是關於複雜VLBI觀測系列文章的開端。格羅寧根大學的觀測協調員約翰·麥基恩(John McKean)強調,重力弧中的異常現象立即被發現,這明確指示了他們研究方向的正確性。
基於同一套VLBI數據,第二項獨立研究透過應用新型、更精進的分析演算法,揭示了迄今為止在遙遠宇宙中,僅憑藉其重力效應所能探測到的最小天體。研究團隊發現了一個額外的質量集中區域,其位置可能與透鏡星系處於相同距離(65億光年)。該天體的質量約為一百萬個太陽質量,遠小於透鏡星系數萬億太陽質量的典型規模。斯平戈拉表示,這是首次在宇宙學距離上,僅依賴重力影響就鎖定如此小質量的天體。這個神秘天體可能是暗物質光暈、緻密的星團,或是一個小型、已熄滅的矮星系。馬克斯·普朗克天文物理研究所的西蒙娜·維吉蒂(Simona Vegetti)強調,要證實暗物質團塊的存在,需要龐大的計算能力。如果進一步分析能證實這類規模暗物質體的存在,這將成為理解暗物質本質的關鍵測試,並可能影響既有的宇宙學理論。