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2011年1月28日 分享: Facebook Google+ LinkedIn StumbleUpon Pinterest Email 打印機版
 
 
天文家發現距地132億光年最古老星系(多圖)
 


這張來自美國宇航局的示意圖標示的是科學家們如
何在過去使用哈勃空間望遠鏡不斷回溯時間,看到
更遙遠的過去。

【人民報消息】據美國太空網報導,借助哈勃空間望遠鏡,天文學家已經看到了“更加久遠的過去”。他們已經發現了宇宙形成僅5億年時形成的星系。這個星系也成為了迄今已知最古老,最遙遠的星系。

這項成果已經發表在1月26日出版的《自然》雜誌上。研究人員表示,這一發現將幫助科學家更好的理解宇宙早期的狀態。尤其是,它將幫助天文學家們了解早期星系的演化情況。目前一般認為星系最早形成於宇宙誕生後的數億年間。

“從本質上說,這項發現最重要的方面是讓我們意識到星系的成長有多麼迅速,”理查德•鮑溫斯(Rychard Bouwens)說。他是這一論文的第一作者,在加州大學聖克魯茲分校和荷蘭雷登大學擔任職務。他告訴記者說:“這有點像是找到了一把量天尺。”

回溯時間


這些圖像是對哈勃超深場圖像的局部放大,以
便看清星系UDFj-39546284。
鮑溫斯和他的同事們分析了哈勃空間望遠鏡的觀測數據。他們對哈勃廣角相機3獲取的紅外波段數據進行了研究。這臺相機安裝於2009年。

在此期間,他們發現了一個紅移值達10.3的星系。“紅移”是一個指標,它描述遙遠天體發出的光線由於宇宙空間的膨脹導致的波長變長(偏向紅色波段)程度。如果一個天體正遠離我們,它的光譜將偏向紅端,即顯示紅移。這種現象歸結於物理學中的多普勒效應。在平時的生活中你也可以接觸到這種現象。如你會注意到,一輛從你跟前駛過的救護車接近你時,它發出的警笛聲更尖銳(由於相向運動,聲波被壓縮,頻率高,波長短);反之,當它離你遠去時,警笛聲變得相對沈悶 (由於遠離你,聲波被拉長,頻率低,波長長)。

天文學家們使用紅移現象來判斷遙遠天體的距離,甚至它們的年齡。一般而言,一個天體的紅移值越大,其距離越遠。

這個新發現的星系已經被編號為UDFj-39546284,其紅移值為10.3,對應的距離是132億光年。這意味著光從這個星系出發抵達地球,需要132億年。這也使UDFj-39546284成為宇宙中已知最遙遠的星系,打敗了之前的記錄保持著,並超出約1億光年。

由於科學家估計宇宙目前的年齡約為137億年,因此認為UDFj-39546284出現的時間僅為大爆炸之後約4.8億年,也即宇宙僅為目前年齡的4%。

不過正規來講,這個星系目前還需進一步觀測來確認其存在和年齡。但鮑溫斯和他的同事們經過幾輪測試後對此充滿信心。他們堅信這個星系存在,並且紅移值高達10.3.

鮑溫斯說:“我們發現的一切線索都顯示這是一個真實的信號源,現在一切看起來都很不錯。”

理解星系起源


這張圖像所示的就是此次發現的最古老星系,
其紅移值高達10.3。圖中標示出了它在哈勃超
深場 (HUDF)圖像中的位置。
除了UDFj-39546284之外,研究人員此次還考察了另外一些稍“年輕”的星系,它們形成於大爆炸後約6.5億年。他們發現這兩部份年齡相差僅1.7億年的星系之間存在巨大的差異,年輕星系的恒星新生率想比年老星繫在1.7億年內翻了10倍。

來自加州大學聖克魯茲分校的合作者加斯•伊林沃斯(Garth Illingworth)說:“考慮到時間間隔如此之短,這樣的增長是驚人的,要知道,這一時間間隔僅僅相當於現在宇宙年齡的1%”

研究小組同時也注意到了兩個不同時代星系數量上存在的巨大差異。他們只找到了一個誕生於大爆炸後4.8億年的古老星系,但卻找到了50多個比它晚1.7億年的星系。

這項最新的觀測將有助於天文學家們更好的理解宇宙中最早的星系是如何聚合併成長的。鮑溫斯表示:“我們確信目睹了呈現等級結構性的成長方式,這非常讓人驚訝。”

宇宙的再電離

這項最新研究同樣有助於解開一個天文學中的一個古老謎題。 有證據表明,在大爆炸發生後大約30萬年,宇宙中的氫以中性形式存在,即它不攜帶電荷。然而大約過了10億年,有某種未知的機制產生了超量的輻射,造成大部份的氫發生電離,即變成份離的電子和質子。

“這次的研究可以揭示這樣一個事實,那就是可探測到的,那時存在的恒星和星系僅能提供大約12%理論上造成如此電離所需的輻射,”來自空間望遠鏡研究所的瑞秋•索莫維爾(Rachel Somerville)說。“因此,這確實是一個需要進一步研究的問題。”不過他本人並未參與這項研究工作。

此次的結果可能暗示,像UDFj-39546284這樣的早期星系可能對宇宙的再電離起到了一部份作用。但是光考慮它們的作用無法解釋那樣程度的電離過程,因此必定還存在某種未知的神秘輻射源在起作用。

鮑溫斯表示,在這方面,他的小組此次的研究是無法明確解答的。要想徹底弄清楚宇宙再電離的謎底,科學家們需要更多的數據。

“在紅移值為10的情況下,我們不敢貿然估算這些暗弱的星系究竟有多少,因此只能做保守的估計。不過如果被證實它們的數量要高於我們之前的估計的話,那麼它們在早期宇宙中所起的作用可能會更加重要。”

研究人員表示:儘管此次研究向人們展示了前所未有的過去時光,但要想進一步回溯時間,看到宇宙中第一批星系誕生時的情景,他們需要更大的更先進的設備。△

文章網址: http://www.renminbao.com/rmb/articles/2011/1/28/54013b.html
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