【原】前所未見,？天文學(xué)家在一早期宇宙中發(fā)現(xiàn)星系

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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太空圖源：sciencealert

你可能會(huì)覺得,，巨大的星系很難被忽略，但天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了數(shù)十億光年外數(shù)量巨大的星系,。這才被發(fā)現(xiàn)的39個(gè)巨大星系,，正在改變我們對早期宇宙的理解。

“在宇宙137億年生命里的第一個(gè)20億年,，我們首次確認(rèn)了數(shù)量如此龐大的巨大星系,。先前我們是無法看見它們的，”東京大學(xué)的天文學(xué)家陶旺這樣說道,，“這個(gè)發(fā)現(xiàn)推翻了宇宙演化時(shí)期的模型，并增加了一些至今一直被忽略的細(xì)節(jié),。

宇宙大約有138億歲了,，這意味著——至少在理論上——我們可以觀察過去，看看當(dāng)燈打開時(shí)的情況,。

歐洲航天局由“普朗克”太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的首張整個(gè)宇宙的全景圖圖源：baidu

例如,，距離100億光年遠(yuǎn)的光，需要100億年才能穿越太空到達(dá)我們,；所以,，當(dāng)我們從遠(yuǎn)處看到一些東西時(shí)，我們看到的是100億年前的事物,。

實(shí)際上,，這要困難得多。光線越遠(yuǎn),，當(dāng)它到達(dá)我們時(shí),，它越微弱。想想在10米的距離和100米的距離看到火炬,，它在后者距離上顯得更小,、更微弱。在1000米處,，你甚至無法用肉眼看到它,。

且宇宙正在膨脹，光波在太空中移動(dòng)時(shí)延伸,，向光譜的紅端移動(dòng),，這稱為紅移。距離物體越遠(yuǎn)，我們和物體之間擴(kuò)展得越大,，從而增加了紅移,。

一個(gè)天體發(fā)射的光所顯示的紅移越大，該天體的距離越遠(yuǎn),，它的退行速度也越大.

當(dāng)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為拍攝其深場系列圖像,，在時(shí)空上窺視得比以前更遠(yuǎn)時(shí)，它捕獲了從紫外線到近紅外的寬光譜波長,，捕捉了我們見過的最遙遠(yuǎn)的星系,。

但是這些被發(fā)現(xiàn)的星系有另一個(gè)復(fù)雜因素。

“我們在中紅外和亞毫米（遠(yuǎn)紅外和微波）波長之間檢測到它們,，”王告訴《科學(xué)警報(bào)》,。“這些星系在紫外線到近紅外的紫外線下顯得非常黑暗,，因?yàn)樗鼈兒写罅康膲m埃,，這些塵埃在較短的波長下吸收了光線?！?

哈勃深場圖像（左）和亞毫米波長下的ALMA觀測值（右）圖源：sciencealert

在這種波長下,，我們很難描述這些星系。例如光譜分析——用基于電磁輻射光譜來確定恒星性質(zhì)的技術(shù),，在如此有限的波長范圍內(nèi)變得極為困難,。

然而，根據(jù)太空密度比極端恒星爆發(fā)星系高兩個(gè)數(shù)量級(jí)（太空密度是太空物質(zhì)的數(shù)量——恒星,、行星等擠進(jìn)星系占據(jù)的空間,；有些星系比其他星系更擁擠），研究人員依然能夠確定這些星系是實(shí)質(zhì)性存在的,。這些古老而巨大的星系也正在形成新的恒星,，其速度是如今銀河系的100倍。

而星系質(zhì)量越大,，其核心的超大質(zhì)量黑洞就越大,。這一項(xiàng)研究顯示，早期宇宙中這些黑洞的存在比我們之前認(rèn)為的要普遍得多,。這挑戰(zhàn)了我們對黑洞形成速度的理解,。

發(fā)現(xiàn)的星系是另一個(gè)難題。

王對《科學(xué)警報(bào)》表示：“在目前的模型或模擬中,，如此大量的布滿塵埃星系的存在是出乎意料的,，這表明宇宙可以比我們想象的更早更有效地形成大型系統(tǒng)。這給理論專家和模型專家?guī)砹诵碌奶魬?zhàn),?！?/span>

同時(shí),，它們還幫助解決了困擾天文學(xué)家的另一個(gè)問題：大量的低紅移星系。先前對早期宇宙的調(diào)查尚未發(fā)現(xiàn)足夠的星系來解釋后期出現(xiàn)的龐大星系的形成,。

根據(jù)他們的結(jié)果,，研究小組估計(jì)，我們尚未發(fā)現(xiàn)的低質(zhì)量的高紅移星系還有很多——大約每平方度530個(gè)（從視角上看,，在地球上看到的滿月寬度為半度）,。

這個(gè)高密度的巨大星系新種群可以幫助解決這種局勢?！蓖跽f道,。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波天線陣進(jìn)行更多的觀測，以嘗試獲得有關(guān)39個(gè)星系的紅移及其恒星形成率和塵埃含量的更多詳細(xì)信息,。

阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）,。它位于智利北部阿塔卡馬沙漠地區(qū)，是一個(gè)由66個(gè)高精度天線組成的射電望遠(yuǎn)鏡,。這些天線的直徑從7到12米不等,，當(dāng)它們以不同方式配置時(shí)，所組成的陣列可以放大宇宙中一些最遙遠(yuǎn)的天體,，并且可以捕捉比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡更清晰的圖像,。圖源：zhihu