探索最遙遠的星系(科技大觀)

  來源:人民網(wǎng)-人民日報王俊賢2022-06-10
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核心提示:據(jù)《天體物理學雜志》近日發(fā)表的一項研究,一個國際天文學團隊觀測到了可能是迄今最遙遠的星系,并命名為“HD1”。觀測信號來自135億光年之外,這意味著HD1誕生于宇宙大爆

 據(jù)《天體物理學雜志》近日發(fā)表的一項研究,一個國際天文學團隊觀測到了可能是迄今最遙遠的星系,并命名為“HD1”。觀測信號來自135億光年之外,這意味著HD1誕生于宇宙大爆炸后約3億年,是首批形成的星系。如果被證實,它將創(chuàng)造一個遙遠星系的新紀錄。

  仰望星河,我們在地球上肉眼看到的絕大部分星星都來自銀河系。而對于浩瀚的宇宙來說,像銀河系這樣的星系至少有數(shù)千億個。光線傳播需要時間,來自越遙遠星系的信號,產(chǎn)生的時期越早。研究遙遠的星系就像觀測者穿越到古代,去觀看一場歷史的現(xiàn)場直播,吸引著天文學家孜孜以求。

  現(xiàn)代天文學認為,宇宙始于約138億年前的大爆炸,在那之后約38萬年,膨脹的宇宙逐漸從高溫致密的狀態(tài)冷卻下來,中性原子開始形成。這些原子氣體進一步冷卻,并在引力作用下聚集成團,慢慢形成第一代恒星和第一代星系,逐步演化至今。但天文學家還不確定的是,第一代天體具體形成的時間、物理性質(zhì)、演化過程,以及對宇宙整體演化的影響等。通過搜尋越來越遙遠的星系,天文學家獲得了更多線索。在HD1被發(fā)現(xiàn)之前,最遙遠星系的紀錄由2016年發(fā)現(xiàn)的星系GN—z11保持,其信號來自宇宙大爆炸后約4億年。

  這些遙遠的星系是如何被發(fā)現(xiàn)的?由于宇宙在膨脹,離地球越遠的星系相對地球而言退行速度就越快,導致其輻射的光被觀測到時會產(chǎn)生明顯的紅移,即波長會比原本更長。紅移為1代表著波長變長1倍,紅移越大表示距離越遠。天文學家可依此計算出星系的距離,以及觀測信號產(chǎn)生時宇宙所處的年齡。

  而要精確確定一個星系的紅移,天文學家需要獲得該星系的光譜,然后通過測量光譜線波長的移動得出結果。原理不難理解,困難來自觀測。通常,越遙遠的星系越暗弱,需要用大口徑望遠鏡等尖端觀測設備長時間探測才可能發(fā)現(xiàn)。然而天空中暗弱的天體數(shù)目太多,像人口普查一樣對每個暗弱天體拍光譜往往是不可能的,因此必須有效縮小探測范圍。

  好在對天空拍照的成本比拍光譜要低得多,觀測者可以事先對特定天空長時間曝光拍照,從圖像中遴選出特定目標,然后再用望遠鏡資源對其進行光譜觀測。一個最常用的辦法是搜尋那些只在長波圖像有信號的源,因為越高紅移的星系,其信號在越長的波長處才能探測到。HD1就是這樣脫穎而出的“候選者”:據(jù)介紹,HD1是從昴星團望遠鏡、英國紅外望遠鏡、維斯塔天文望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡等觀測的約70萬個天體中選出。隨后,觀測者用位于智利的ALMA毫米波望遠鏡對HD1“聚焦”,探測到了一個可能的譜線,紅移值為13.27。

  需要強調(diào)的是,HD1的紅移和距離仍有待進一步觀測證實。2021年底發(fā)射的韋伯太空望遠鏡因在紅外波段超高的靈敏度,將推動這一領域的革命性進步,可以拭目以待。

  “天高地迥,覺宇宙之無窮。”對于宇宙邊界的好奇和追問古來有之。如今,科學理論的進步打開了更多觀察宇宙的視角,先進的觀測設備將人類的視界延伸至更遠,正帶我們不斷接近這一問題的答案。

  (作者為中國科學技術大學天文學系教授)《 人民日報 》( 2022年06月10日 16 版)

編輯:月兒


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