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
太空 圖源：sciencealert
你可能會(huì)覺(jué)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(duì)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(wú)法看見(jiàn)它們的，”東京大學(xué)的天文學(xué)家陶旺這樣說(shuō)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(guò)去，看看當(dāng)燈打開(kāi)時(shí)的情況。
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(wú)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(chēng)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(chǎng)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(zhǎng)，捕捉了我們見(jiàn)過(guò)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?cè)谥屑t外和亞毫米（遠(yuǎn)紅外和微波）波長(zhǎng)之間檢測(cè)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(zhǎng)下吸收了光線。”
哈勃深場(chǎng)圖像（左）和亞毫米波長(zhǎng)下的ALMA觀測(cè)值（右）圖源：sciencealert
在這種波長(zhǎng)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(lái)確定恒星性質(zhì)的技術(shù)，在如此有限的波長(zhǎng)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(duì)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(duì)《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(zhuān)家和模型專(zhuān)家?guī)?lái)了新的挑戰(zhàn)。”
同時(shí)，它們還幫助解決了困擾天文學(xué)家的另一個(gè)問(wèn)題：大量的低紅移星系。先前對(duì)早期宇宙的調(diào)查尚未發(fā)現(xiàn)足夠的星系來(lái)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(shì)。”王說(shuō)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(cè)，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
由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的星系團(tuán)MACS J1149.5+2223，插圖區(qū)域是由阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）觀測(cè)到的133億年前的遙遠(yuǎn)星系MACS1149-JD1，在這里，由ALMA觀測(cè)到的氧氣分布被著以紅色。
但是對(duì)星系的光譜分析可能要等到2021年——哈勃的繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空之后才能進(jìn)行。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡 圖源：baidu
“我很期待即將到來(lái)的觀測(cè)，例如詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將會(huì)向我們展示這些原始的野獸究竟是些什么。”王說(shuō)道。
參考資料
1.WJ百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3. sciencealert- MICHELLE STARR- Plusone
如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除
轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處
