本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
宇宙浩瀚无垠,通过观察宇宙,天文学家得以回溯时间。一个星系或超新星如此遥远,以至于它的光需要 20 亿年才能到达我们这里,我们看到的将是它 20 亿年前的样子。 值得注意的是,今天最先进的望远镜可以观测大部分宇宙时间,窥视大爆炸后仅数亿年的星系。
这正是日本研究团队现在用夏威夷的 8.2 米 Subaru 望远镜所做的事情。该团队由东京综合研究大学院大学和日本国家天文台的涩谷隆俊 (Takatoshi Shibuya) 领导,发现了一个看起来是大爆炸后约 7.5 亿年的星系。该研究现已在线提供,并已被《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal) 接受发表。
遥远的星系很难找到,但它们数量极其众多,因此它们没有像仙女座或天炉座等附近的星系那样朗朗上口的名字。这个新发现的星系被称为 SXDF-NB1006-2,以它被发现的天区(Subaru/XMM-Newton 深度场,或 SXDF)和 Subaru 用于识别它的红外滤镜(NB1006)命名。
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来自如此遥远物体的光在穿越膨胀的宇宙时,波长会被拉伸到更长的波长,天文学家和宇宙学家使用拉伸的程度或红移作为测量行进距离的指标。就 SXDF-NB1006-2 而言,红移意味着该物体存在于近 130 亿年前。
此类物体是宇宙早期过渡阶段整体状态的极其有用的标记。在大约 SXDF-NB1006-2 发射出现在到达地球望远镜的光的时候,星际空间的中性氢原子正在被新形成的恒星和星系电离。涩谷和他的同事们在天空中寻找发射氢原子特定波长光线的物体,这种光线被称为莱曼阿尔法线。莱曼阿尔法光子可以通过电离氢,但会被中性氢阻挡。因此,测量在不同红移下可见的作为莱曼阿尔法发射体的星系数量,可以帮助确定宇宙何时从中性转变为电离。
为了计算 SXDF-NB1006-2 的红移,研究人员使用夏威夷的 10 米 Keck II 望远镜对该物体进行了光谱分析,将星系的光分解成其组成波长。他们识别出一条光谱线,似乎是来自红移 7.215 的莱曼阿尔法发射线。由于光谱不确定或亮度变化表明所讨论的物体是耀斑黑洞而不是普通的遥远星系,因此排除了其他一些类似红移的候选星系。
这是一项非常令人印象深刻的工作,但不幸的是,它伴随着一份具有误导性的新闻稿,声称 SXDF-NB1006-2 是“有史以来发现的最遥远的星系”。研究人员在他们的研究中没有做出这样的声明,近年来,天文学家已经发现了几十个红移约为 8 的星系和一个红移约为 10 的疑似星系,对应于大爆炸后 5 亿年的时间。这些极其微弱的物体通常没有像涩谷和他的团队所做的那样进行光谱观测后续研究,这限制了宇宙距离估计的精度。但至少有一个比 SXDF-NB1006-2 更遥远的星系接受了光谱后续研究。在 2010 年的一项研究中,天文学家发现了一条谱线,尽管很微弱,但使用哈勃太空望远镜和欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜,将一个星系的红移定为 8.55。那个物体 UDFy-38135539 存在于大爆炸后仅 6 亿年。