宇宙“黑暗时期”发现高红移星系 迄今132亿年
2014-08-24 09:14:10   来源:化石网   评论:0 点击:

哈勃望远镜拍摄的MACS 1149-JD星系(右下图),左侧为MACS J1149+2223超星系团 据国外媒体报道,约翰·霍普金斯大学的天文学家小组联合当前世界上最强大的两台空间望远镜之一:美国国家航空航天局斯皮策红外空

哈勃望远镜拍摄的MACS 1149-JD星系(右下图),左侧为MACS J1149+2223超星系团

 

    据国外媒体报道,约翰·霍普金斯大学的天文学家小组联合当前世界上最强大的两台空间望远镜之一:美国国家航空航天局斯皮策红外空间望远镜与哈勃光学/红外空间望远镜发现了可能是迄今为止所观测的最遥远星系。

 

    天文学家发现一个编号为MACS J1149+2223的超星系团强大引力场使得周围时空发生扭曲,形成了巨大的“引力透镜”,使得一个背景星系的昏暗光线放大了15倍,该星系被认为很有可能是迄今为止发现的最遥远星系,科学家将其编号为MACS 1149-JD。

 

    这支天文学家小组的首席为约翰·霍普金斯大学的科学家郑伟(Wei Zheng,音译),发现宇宙诞生后仅五亿年的早期星系,这个年轻星系发出的光线被轨道望远镜捕捉到了。科学家认为MACS 1149-JD星系存在的宇宙时期是非常值得关注的,宇宙经历了一段被称为“黑暗时期”的演化阶段,在此之后宇宙诞生了第一批星系并出现了可见的星光。因此发现早期宇宙中的MACS 1149-JD星系打开了探索最深、最遥远宇宙历史的一个窗口。

 

    根据约翰·霍普金斯大学艺术与科学学院亨利·A·罗兰物理和天文学系的首席科学家郑伟介绍:“MACS 1149-JD星系或是最遥远的星系,我们未来的研究工作将涉及对该星系的观测,并希望发现早期宇宙中最早的天体以及宇宙的‘黑暗时期’是如何结束之谜。”MACS 1149-JD星系存在于宇宙诞生后的五亿年左右,目前普遍的观点认为宇宙诞生于137亿年前的大爆炸,该星系的光线抵达美国国家航空航天局的空间望远镜之前已经旅行了132亿年之久。

 

    换句话说,斯皮策红外空间望远镜和哈勃空间望远镜探测到的光线来自于年龄仅相当于现在3.6%的早期宇宙。从技术上看,该星系的红移值达到了9.6,即Z=9,6。当物体移动时发出的电磁波谱向红光方向移动,所体现的是该物体运动方向正远离我们,由于宇宙的膨胀,天文学家通常使用红移值或者来表示宇宙的距离,即哈勃红移,有些研究中也用退行速度来表征红移。科学家发现该星系不同与以往在早期宇宙中所观测到的天体,较为明显的是后者一般体现在单一波段上,但MACS 1149-JD星系则通过五个不同的波段进行观测。

 

    对早期宇宙采用“引力透镜“效应进行观测是哈勃星系团引力透镜与超新星巡天计划的一部分,哈勃空间望远镜携带的先进巡天相机(ACS)与广域行星相机只在四个波段上对MACS 1149-JD星系进行观测,因此随着斯皮策红外空间望远镜携带的红外阵列相机(IRAC)的加入,使得这项发现有了更加坚实的基础。距离我们非常遥远的高红移天体大多数都超出了当今世界上最大望远镜的观测极限,因此若要捕捉到早期宇宙中的神秘天体,天文学家们就需要依靠“引力透镜”效应来发现它们。

 

    该现象早在一个世纪前就被阿尔伯特·爱因斯坦所预言,他认为巨大的前景天体引力场将会扭曲或放大来自背景星系的光线,因此一个巨大的星系团引力场介于银河系与早期宇宙的星系之间就可以将后者的光线放大,使得MACS 1149-JD星系的亮度较之前观测的增加了大约15倍。基于斯皮策红外望远镜和哈勃望远镜的观测数据,天文学家认为MACS 1149-JD星系的年龄小于2亿岁,而且质量和星系盘都较小,非常紧凑,只有我们银河系质量的1%。

 

    事实上,早期宇宙中的星系都普遍较小,然后它们会逐步发生合并,最终演化成现代宇宙中常见的大星系。早期宇宙中演化出现的第一批星系可能在宇宙再电离时期中扮演着重要作用,其发出的光线标志着宇宙“黑暗时期”的结束。大约在大爆炸发生后的40万年左右,逐渐冷却下来的粒子形成了中性氢气体,直到数亿年后第一批星系释放出的亮光才照亮了宇宙。科学家认为早期宇宙中星系释放的能量可能介入了中性氢的游离过程,使得宇宙中的物质发生了第二次相变,即失去一个电子成为电离态。

 

    对此,美国宇航局喷气推进实验室科学家莱昂尼达斯·莫斯塔卡斯(Leonidas Moustakas)认为:“从本质上讲,再电离期照亮了宇宙。”作为哈勃空间望远镜的继任者,美国宇航局打造的新一代詹姆斯·韦伯空间望远镜原定于2018年升空,将研究宇宙中第一批恒星和星系的诞生及其演化,而早期宇宙中的星系可能会是首要的观测目标。

 

    本项研究的另一位合著者、"约翰·霍普金斯大学物理学和天文学教授霍兰德·福特(Holland Ford)认为探索宇宙前沿知识是非常令人兴奋的。对宇宙大爆炸后仅数亿年的天体观测时宇宙学最前段的探索之一,而郑伟博士则致力于对早期宇宙中的另一类高红移天体(类星体)的观测,通过这项研究使得我们目睹了“婴儿宇宙”所发生的事件。

 


腾讯科学 2012-9-23(Everett/编译)

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