早熟星系:遥远星系将宇宙视野拉近至宇宙黎明

一个存在于大爆炸后仅6亿年的星系是迄今为止观测到的最遥远天体


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天文学家声称已经识别出宇宙深处的一个星系,它比太空中任何已知的天体都更遥远。 这个星系非常遥远,以至于研究人员能够看到如此微弱的天体,他们看到的是它在大约 130 亿年前的样子,即大爆炸后仅约 6 亿年; 那时它发出的光芒现在才到达地球。

宇宙学家通过测量红移来衡量宇宙距离,红移衡量的是天体发出的光在穿越膨胀宇宙的过程中波长被拉伸了多少。 这个新天体,其名字难以记忆,叫做 UDFy-38135539,红移值为 8.55,超过了之前的记录保持者,2009 年探测到的一个短寿命伽马射线暴,其红移值约为 8.2。 两个天体之间红移的差异相当于更深入地窥探宇宙历史数千万年,使观测天文学越来越接近宇宙的混沌诞生和婴儿期。 此外,研究高红移星系可以揭示再电离时代的细节,那时来自第一批恒星和星系的光线分解了星系际介质中的中性氢。

来自巴黎天文台的马修·莱纳特和他的同事们从哈勃太空望远镜对一小片天空进行的超深空巡天中选择了 UDFy-38135539,这次巡天是在 2009 年,即该轨道天文台使用名为广域照相机 3 (WFC3) 的新相机进行翻新后不久进行的。

WFC3 巡天识别出几个有希望的候选者,它们可能是极其遥远的天体,但如果没有后续观测,它们的真实性质仍然不清楚。 在 10 月 21 日出版的《自然》杂志上,莱纳特和他的同事报告了对该天体的确认以及对其红移的精确估计,这要归功于在欧洲南方天文台的甚大望远镜 (VLT) 在智利进行的光谱测量。 莱纳特说:“在我们获取这个光谱之前,只有两个数据点。” “信息量不多。” (《大众科学》是自然出版集团的一部分。)

通过更详细的光谱,天文学家可以寻找莱曼α发射的特定位置,莱曼α发射与氢(宇宙中最常见的物质)中能级之间的跃迁有关,作为衡量天体光线红移程度的标志。 对于像 UDFy-38135539 这样遥远的天体,莱曼α光子已经从紫外线一直偏移,越过可见光,进入红外线。

詹姆斯·邓洛普,爱丁堡大学皇家天文台的天体物理学家,指出 UDFy-38135539 是任何类型天体中光谱学确认的最遥远天体,尽管它只是一个相当普通的星系,而不是像类星体或伽马射线暴这样的突发灾难那样异常明亮的天体。 与此同时,邓洛普说,光谱中微弱的莱曼α发射的探测并非不可动摇,他与人合着了今年早些时候发表的一篇论文,该论文识别了哈勃图像中高红移星系的候选者。 “我很高兴看到这种情况发生,因为它非常接近我们的预测,”他说。 “另一方面,正如作者承认的那样,他们确实费了很大力气才让自己相信这条线是真实的。”

地球大气层吸收了许多波长的红外光,并贡献了自身污染性的分子辐射,称为气辉,这使得地面红外天文学成为一项棘手的业务,即使在 VLT 位于智利塞罗帕拉纳尔山顶的干旱高海拔地区也是如此。 莱纳特说:“在夜空中,您会发现发射特征,这些特征会在您的光谱中引起强烈而狭窄的谱线。” “如果您的天体物理发射线落在其中一条线上,那么您就注定要失败。”

在 UDFy-38135539 推断出的红移值下,氢谱线恰好落在红外光谱的安静部分,但信噪比留下了一些悬而未决的问题。 邓洛普说:“坦率地说,它正处于你相信的边缘,” 他指出,如果使用太空红外光谱仪(例如 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 计划的那种),确认会容易得多。 但该技术最早也要到 JWST 在 2014 年发射后才能使用。 邓洛普说:“因此,您面临着尝试从地面上最大的望远镜跟踪这些事物。”

撇开不确定性不谈,邓洛普赞扬研究人员利用当今可用的望远镜获得了关于该星系的可靠数据。 邓洛普说:“这是用世界上最好的仪器之一在这个物体上集成了两个晚上。” “很难想象有人能用这个特定的物体做得更好。”

莱纳特指出,他和他的同事们对他们的数据进行了一系列统计测试,试图排除误报,他希望这一过程能够使新表征的星系免于被丢进有争议或撤回声明的废纸堆。 他说:“那些提出后来被证伪的主张的人没有运行这些测试。” “至少如果出了问题并且被证伪了——而且我认为不会——我们可以说,‘嘿,我们已经尽力进行了所有测试。’”

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