探索最遙遠的星系（科技大觀）

 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