望遠鏡觀測到最古老星系：僅比宇宙晚3.8億年|星系|宇宙|望遠鏡

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　　哈勃極超深場(HUDF)巡天觀測計劃的目標是找到宇宙中最古老的星系，這項研究計劃已經抵達了哈勃空間望遠鏡的觀測能力極限

　　這張時間回溯示意圖展示的是大爆炸之後宇宙的演化序列。在本次的研究中，哈勃望遠鏡將時間回溯到了134億年之前，直抵宇宙的最深處，這裡幾乎接近宇宙中最早期星系形成的時期。在那之前，宇宙處於黑暗時期，宇宙中沒有發光的恆星和星系。在宇宙再電離時期中，早期形成的恆星發出的劇烈紫外線導致宇宙中的中性氫原子發生電離。

　　大圖中帶顏色的方框標示出了本次發現的最早期星系的位置。小圖中則是對這些星系的黑白放大圖。每一個這種星系都標出了其紅移值，這一數值表示其最初發出的紫外和可見光線是如何在穿越廣袤的空間時被拉伸至紅外波段的。其中一個紅移值高達11.9的星系可能是迄今人類觀測到的最遙遠星系，其形成時宇宙才誕生不過3.8億年左右。

　　新浪科技訊北京時間12月15日消息，據國外媒體報道，一個由美國加州理工學院領銜的天文學家小組使用美國哈勃空間望遠鏡發現了7個迄今已知最原始，距離最遙遠的星系。專家們認為其中有一個星系可能是我們迄今發現的所有星系中最古老的，其形成於宇宙大爆炸發生後大約僅僅3.8億年。所有7個最新發現的星系的形成時間都在130億年之前，當時的宇宙年齡僅相當於其目前年齡的4%，那個時期常常被天文學家們稱作「宇宙的黎明」，正是在那一時期，宇宙中最早期的一批星系開始形成。目前，宇宙的年齡約為137億年。而本次的研究所發現的星系年齡涵蓋了宇宙年齡在大約3.5億年至6億年之間的時期，其代表的是宇宙極早期形成的首批星系的確鑿證據。

　　天文學家們認為隨著宇宙年齡的增長，其中的星系形成數量會穩定增長。由於光需要花費數十億年時間才能穿越如此廣袤的宇宙空間，因此天文望遠鏡就像一台時間機器，可以讓我們看到數十億年前宇宙的景象。我們看的越遠，我們回溯的時間便越久遠。這項最新研究的有關論文已經於近期發表於《天體物理學通報》上。在這項研究工作中，科研小組的成員們對宇宙的最邊緣進行了探索，當然他們這樣做也就是在窺視著宇宙最初的時光，這是哈勃觀測能力的極限。

　　理查德·艾里斯(Richard Ellis)是加州理工學院的天文學教授，同時也是研究論文的第一作者，他表示：「我們讓哈勃望遠鏡進行了迄今最長時間的曝光，拍攝到了一些最遙遠最暗弱的星系。」他說：「更深邃的視野，加上我們精心規劃的觀測策略共同讓窺見最早期的宇宙成為可能。」這項研究是哈勃極超深場(HUDF)巡天觀測計劃產出的早期成果之一，該巡天項目讓哈勃空間望遠鏡對準一小片天空進行長時間的曝光觀測，從而暴露出這裡存在的最黯淡最遙遠的星系。這項研究是從9年前開始進行的。

　　天文學家們使用哈勃空間望遠鏡上的廣角相機3號(WFC3)在哈勃極超深場天區進行近紅外波段巡天。該觀測開展的時間是在2012年8月和9月之間，前後持續6周時間。為了確定這些星系的距離，研究小組使用4組不同的濾鏡進行觀測，這些濾鏡的使用讓哈勃空間望遠鏡可以在某些特定波段上捕獲近紅外光。研究小組成員，英國愛丁堡大學的天文學家詹姆斯·頓洛浦(James Dunlop)表示：「我們使用了此前還從未被用於深空成像的濾鏡，並且在某些濾鏡波段上進行了遠比此前工作中更深邃的曝光成像，這樣做是為了徹底排除這些星系中混雜有前景星系的可能性。」

　　這些精心選擇的濾鏡讓天文學家們得以測量被宇宙中的中性氫吸收的光子，中性氫大約從宇宙大爆炸之後40萬年開始充斥宇宙空間。恆星和星系在大爆炸之後大約2億年開始形成。隨著這些恆星和星系的逐漸形成，它們發出的劇烈紫外線橫掃整個宇宙，紫外線讓中性氫失去電子發生電離。這就是所謂的「宇宙再電離時期」，這段時期將一直持續到大爆炸後大約10億年。

　　如果宇宙中的一切都是靜止的，天文學家們應當會觀測到僅有一個特定波段的光子被中性氫吸收。然而實際情況是宇宙在膨脹，這種膨脹拉伸了光波的波長。而這種波長拉伸的程度直接取決於這些光距離的遠近，這就是所謂的紅移效應：發光的恆星和星系距離越遠，它們發出光的紅移量就會越大。正是由於宇宙的這種膨脹效應，對於那些距離較遠的星系，天文學家們會在波長稍長的波段上觀察到這種中性氫吸收線。這種吸收線的特徵讓天文學家們可以判斷一個發光天體的距離遠近，並進一步推算出這些恆星和星系的形成年代。使用這種技術，我們不斷回溯到更加遙遠的時空，隨著時光倒流，天文學家們視野中的星系越來越少。正如論文合著者，美國亞利桑那大學的布蘭特·羅賓森(Brant Robertson)所說：「我們的數據證實了宇宙再電離是一個歷時數億年之久的緩慢過程，在這一期間星系和恆星逐漸成型。」他說：「並不存在一個特定的時刻，星系突然就出現了，這是一個緩慢的進程。」

　　本次進行的最新研究已經將哈勃空間望遠鏡的觀測能力推向極限，這也說明了我們確實需要下一代的紅外波段空間望遠鏡。當下一代空間望遠鏡服役，我們將能夠進一步向前回溯時間，看到更加原始的星系，但是由於宇宙膨脹的原因，這些較早期時期天體發出的光的波長已經被嚴重拉長，進入了紅外波段，這已經超出了哈勃望遠鏡的觀測波段範圍。而美國宇航局即將發射升空的詹姆斯·韋伯空間紅外望遠鏡正是基於這一目標。來自巴爾的摩空間望遠鏡研究所的項目組成員安東尼·考克曼(Anton Koekemoer)表示：「儘管我們已經抵達了哈勃空間望遠鏡可以抵達的能力極限區域，這一成就本身事實上便正好為未來的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡準備好了大展身手的舞台。我們的本次研究證明了在我們目前的極限之外還有更多其它更早期的天體，它們將是詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的觀測目標。」(晨風)