關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您將幫助確保未來能夠繼續釋出關於塑造我們當今世界的發現和思想的有影響力的報道。
從南極洲上空 20 英里(30 公里)以上高度漂浮的氣球載望遠鏡的首批結果揭示了天體背景的主要來源,即瀰漫宇宙的電磁輻射——包括可見的和不可見的。
遠紅外背景 (FIRB) 在 20 世紀 90 年代中期被首次探測到,由現已停止執行的 COBE(宇宙背景探測者)衛星探測到,即使不發光,也蘊藏豐富——其眾多光子的波長太長,人眼無法看見。(紅外輻射的波長比可見光長,而遠紅外輻射是該光譜中的長波長部分。)最重要的是,地球大氣層對 FIRB 光譜的大部分是不透明的,這使得地面望遠鏡難以明確識別其來源。
透過在 2006 年從平流層高處的有利位置探測紅外和更長波長的亞毫米波段,氣球載大型孔徑亞毫米波望遠鏡 (BLAST) 能夠分辨出這種豐富的背景輻射,並確認其來源是活躍的造星星系,其中大多數星系距離我們數十億光年,但被包裹的塵埃雲遮擋而無法看見。來自這些高能星系的光被塵埃吸收,塵埃升溫並以紅外形式重新輻射出來。
宇宙學家Mark Devlin 說,FIRB 是“宇宙能量學中的一個重要角色”,他是賓夕法尼亞大學的宇宙學家,也是 BLAST 的首席研究員,以及上週在《自然》雜誌上發表的研究的主要作者。Devlin 表示,遠紅外背景的能量大致相當於整個光學背景——我們在可見波長中在背景天空中看到的一切。“不同之處在於,在光學方面,你可以去看並看到它來自哪裡——那裡有一顆恆星,那裡有一個星系——因此你可以將背景與單個物體聯絡起來,”他說。
Devlin 謹慎地指出,紅外背景的來源“並非一個巨大的謎團”,但如果沒有像 BLAST 執行的那樣專門的搜尋,就無法將其分解。該望遠鏡在 250、350 和 500 微米的遠紅外和亞毫米波長處對光子進行了取樣,略高於 FIRB 大約 200 微米的強度峰值,並且 NASA 的斯皮策太空望遠鏡 在較短的紅外波長處提供了額外的天基觀測。(一微米是百萬分之一米,或約四千萬分之一英寸。)這些所謂的星暴星系的發射峰值在源頭處約為 100 微米,但隨著光子在數十億年的時間裡穿越不斷膨脹的宇宙,波長會被拉伸或紅移到遠紅外和亞毫米波長。
透過結合這些調查,Devlin 和他的同事們能夠分辨出數百個單獨的來源,並得出結論,早期宇宙中年輕、高能的星系提供了 FIRB 的大部分。“現在我們知道了故事的細節,”他說。
威爾士卡迪夫大學的宇宙學家、研究合著者 Enzo Pascale 說,這個故事有助於闡明關於恆星和星系如何形成的基本模型。“FIRB 與恆星形成密切相關,因此也與星系形成密切相關。”Pascale 說,這種結構形成是宇宙發展中最不確定的方面之一。“要了解星系如何在我們的宇宙中形成,”他說,“就需要研究它們在形成時發出的光,而這種光就是 FIRB。”
在《自然》雜誌上撰寫了隨刊評論的英國杜倫大學天體物理學家 Ian Smail 對此表示贊同,他指出,星系形成的理論模型中的基本引數之一是“所有曾經形成的恆星發出了多少光”。Smail 補充說,為了找到這個總數,“你需要考慮到光學和近紅外中缺失的那一半[光],因為它被塵埃吸收了。”