天文家发现距地132亿光年最古老星系(多图)
 
2011-1-28
 


这张来自美国宇航局的示意图标示的是科学家们如
何在过去使用哈勃空间望远镜不断回溯时间,看到
更遥远的过去。

【人民报消息】据美国太空网报道,借助哈勃空间望远镜,天文学家已经看到了“更加久远的过去”。他们已经发现了宇宙形成仅5亿年时形成的星系。这个星系也成为了迄今已知最古老,最遥远的星系。

这项成果已经发表在1月26日出版的《自然》杂志上。研究人员表示,这一发现将帮助科学家更好的理解宇宙早期的状态。尤其是,它将帮助天文学家们了解早期星系的演化情况。目前一般认为星系最早形成於宇宙诞生後的数亿年间。

“从本质上说,这项发现最重要的方面是让我们意识到星系的成长有多麽迅速,”理查德•鲍温斯(Rychard Bouwens)说。他是这一论文的第一作者,在加州大学圣克鲁兹分校和荷兰雷登大学担任职务。他告诉记者说:“这有点像是找到了一把量天尺。”

回溯时间


这些图像是对哈勃超深场图像的局部放大,以
便看清星系UDFj-39546284。
鲍温斯和他的同事们分析了哈勃空间望远镜的观测数据。他们对哈勃广角相机3获取的红外波段数据进行了研究。这台相机安装於2009年。

在此期间,他们发现了一个红移值达10.3的星系。“红移”是一个指标,它描述遥远天体发出的光线由於宇宙空间的膨胀导致的波长变长(偏向红色波段)程度。如果一个天体正远离我们,它的光谱将偏向红端,即显示红移。这种现象归结於物理学中的多普勒效应。在平时的生活中你也可以接触到这种现象。如你会注意到,一辆从你跟前驶过的救护车接近你时,它发出的警笛声更尖锐(由於相向运动,声波被压缩,频率高,波长短);反之,当它离你远去时,警笛声变得相对沉闷 (由於远离你,声波被拉长,频率低,波长长)。

天文学家们使用红移现象来判断遥远天体的距离,甚至它们的年龄。一般而言,一个天体的红移值越大,其距离越远。

这个新发现的星系已经被编号为UDFj-39546284,其红移值为10.3,对应的距离是132亿光年。这意味着光从这个星系出发抵达地球,需要132亿年。这也使UDFj-39546284成为宇宙中已知最遥远的星系,打败了之前的记录保持着,并超出约1亿光年。

由於科学家估计宇宙目前的年龄约为137亿年,因此认为UDFj-39546284出现的时间仅为大爆炸之後约4.8亿年,也即宇宙仅为目前年龄的4%。

不过正规来讲,这个星系目前还需进一步观测来确认其存在和年龄。但鲍温斯和他的同事们经过几轮测试後对此充满信心。他们坚信这个星系存在,并且红移值高达10.3.

鲍温斯说:“我们发现的一切线索都显示这是一个真实的信号源,现在一切看起来都很不错。”

理解星系起源


这张图像所示的就是此次发现的最古老星系,
其红移值高达10.3。图中标示出了它在哈勃超
深场 (HUDF)图像中的位置。
除了UDFj-39546284之外,研究人员此次还考察了另外一些稍“年轻”的星系,它们形成於大爆炸後约6.5亿年。他们发现这两部份年龄相差仅1.7亿年的星系之间存在巨大的差异,年轻星系的恒星新生率想比年老星系在1.7亿年内翻了10倍。

来自加州大学圣克鲁兹分校的合作者加斯•伊林沃斯(Garth Illingworth)说:“考虑到时间间隔如此之短,这样的增长是惊人的,要知道,这一时间间隔仅仅相当於现在宇宙年龄的1%”

研究小组同时也注意到了两个不同时代星系数量上存在的巨大差异。他们只找到了一个诞生於大爆炸後4.8亿年的古老星系,但却找到了50多个比它晚1.7亿年的星系。

这项最新的观测将有助於天文学家们更好的理解宇宙中最早的星系是如何聚合并成长的。鲍温斯表示:“我们确信目睹了呈现等级结构性的成长方式,这非常让人惊讶。”

宇宙的再电离

这项最新研究同样有助於解开一个天文学中的一个古老谜题。 有证据表明,在大爆炸发生後大约30万年,宇宙中的氢以中性形式存在,即它不携带电荷。然而大约过了10亿年,有某种未知的机制产生了超量的辐射,造成大部份的氢发生电离,即变成份离的电子和质子。

“这次的研究可以揭示这样一个事实,那就是可探测到的,那时存在的恒星和星系仅能提供大约12%理论上造成如此电离所需的辐射,”来自空间望远镜研究所的瑞秋•索莫维尔(Rachel Somerville)说。“因此,这确实是一个需要进一步研究的问题。”不过他本人并未参与这项研究工作。

此次的结果可能暗示,像UDFj-39546284这样的早期星系可能对宇宙的再电离起到了一部份作用。但是光考虑它们的作用无法解释那样程度的电离过程,因此必定还存在某种未知的神秘辐射源在起作用。

鲍温斯表示,在这方面,他的小组此次的研究是无法明确解答的。要想彻底弄清楚宇宙再电离的谜底,科学家们需要更多的数据。

“在红移值为10的情况下,我们不敢贸然估算这些暗弱的星系究竟有多少,因此只能做保守的估计。不过如果被证实它们的数量要高於我们之前的估计的话,那麽它们在早期宇宙中所起的作用可能会更加重要。”

研究人员表示:尽管此次研究向人们展示了前所未有的过去时光,但要想进一步回溯时间,看到宇宙中第一批星系诞生时的情景,他们需要更大的更先进的设备。△

 
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