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134亿光年!天文学家发现迄今为止最古老、最遥远的星系

2021-01-07 08:52 前瞻网   

 

134亿光年!天文学家发现迄今为止最古老、最遥远的星系

自古以来,哲学家和学者就一直在思考时间的起源,甚至试图确定万物的起源。直到现代天文学时代,我们才有了相当肯定的答案。

根据最广为接受的宇宙学模型,宇宙开始于大约138亿年前的大爆炸。

即便如此,天文学家仍然不确定早期宇宙是什么样子的,因为这段时期正好与宇宙的“黑暗时代”相吻合。因此,天文学家不断探索仪器的极限,希望观测最早的星系是何时形成的。

根据一个国际天文学家团队的最新研究,我们发现了宇宙中迄今为止观测到的最古老、最遥远的星系(GN-z11)。

该团队由Kavli天文和天体物理研究所的Linhua Jiang和东京大学的Nobunari Kashikawa教授领导,他们的研究最近发表在《自然天文学》杂志上。卡耐基科学研究所天文台、斯图尔德天文台、日内瓦天文台、北京大学和东京大学的研究人员也加入了这一研究。

简单地说,宇宙的黑暗时代开始于大爆炸后的37万年,并持续了10亿年。

在那个时候,唯一的光源要么是之前释放的光子——今天仍然可以探测到的宇宙微波背景辐射(CMB)——要么是中性氢原子释放的光子。由于宇宙的膨胀,这些光子的光发生了如此大的位移,以至于我们今天看不见它们。

这种效应被称为“红移”,即当光穿过不断膨胀的宇宙到达地球时,其波长被拉长(或向光谱的红端“移”)。对于离我们星系更近的物体,这种效应是相反的,波长变短并向光谱的蓝色端移动。(“蓝移”)。

近一个世纪以来,天文学家利用这些效应来确定星系的距离和宇宙膨胀的速度。在这种情况下,研究小组利用位于夏威夷茂纳基亚的凯克I号望远镜来测量GN-z11的红移,以确定它的距离。

研究小组得到的结果表明,这是迄今为止观测到的最远(也是最古老的)星系。Kashikawa在东京大学的一份新闻稿中解释道:“从之前的研究来看,GN-z11星系似乎是距离我们最远的可探测星系,有134亿光年。但测量和验证这样的距离并非易事。”

具体来说,研究小组检查了GN-z11的碳排放线,当它们离开银河系时,它们在紫外线范围内,当它们到达地球时,它们被移动了10倍——红外(0.2微米)。

这种红移程度表明,该星系大约在134亿年前就存在了——也就是大爆炸后的4亿年。

在这个距离,GN-z11是如此之远,以至于它定义了可观测宇宙本身的边界!虽然过去(哈勃望远镜)曾观测过这个星系,但凯克天文台的分辨率和光谱能力使其得以精确测量。

这是作为红外探测多目标摄谱仪(MOSFIRE)调查的一部分进行的,该调查详细捕获了GN-z11的发射线。

这使得研究团队能够估算出这个星系的距离,比之前的任何测量方法都提高了100倍。Kashikawa说:“哈勃太空望远镜在GN-z11的光谱中多次探测到这个特征。然而,即使是哈勃望远镜也无法分辨出我们所需要的紫外线辐射线。所以我们转向了更先进的陆基光谱仪,一种被称为MOSFIRE的测量发射线的仪器,它安装在夏威夷的凯克I望远镜上。”

如果随后的观测能够证实这项最新研究的结果,那么天文学家就可以肯定地说GN-z11是迄今为止观测到的最远的星系。通过对这类物体的研究,天文学家希望能够揭示宇宙历史上的一段时期,当时宇宙只有几亿年的历史。

这一时期恰逢宇宙开始从“黑暗时代”中浮现,第一批恒星和星系形成,使早期的宇宙充满了可见光。

通过研究这些,天文学家希望更多地了解宇宙大尺度结构后来是如何演化的。这还得需要下一代望远镜的协助,比如计划于2021年10月31日发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)。

这些仪器甚至使天文学家能够研究“黑暗时代”本身,在那个时代,唯一的非CMB光是中性氢的自旋线——在远微波波长(21厘米)内。

能够探测宇宙本身的起源,观察第一批恒星和星系的形成,那将是多么令人激动啊!

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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