天文學家發現非常遙遠的(但不是最遙遠的)星系

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宇宙浩瀚無垠,透過觀察宇宙,天文學家得以回溯時間。一個星系或超新星如此遙遠,以至於它的光需要 20 億年才能到達我們這裡,我們看到的將是它 20 億年前的樣子。 值得注意的是,今天最先進的望遠鏡可以觀測大部分宇宙時間,窺視大爆炸後僅數億年的星系。

這正是日本研究團隊現在用夏威夷的 8.2 米 Subaru 望遠鏡所做的事情。該團隊由東京綜合研究大學院大學和日本國家天文臺的澀谷隆俊 (Takatoshi Shibuya) 領導,發現了一個看起來是大爆炸後約 7.5 億年的星系。該研究現已線上提供,並已被《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal) 接受發表。

遙遠的星系很難找到,但它們數量極其眾多,因此它們沒有像仙女座或天爐座等附近的星系那樣朗朗上口的名字。這個新發現的星系被稱為 SXDF-NB1006-2,以它被發現的天區(Subaru/XMM-Newton 深度場,或 SXDF)和 Subaru 用於識別它的紅外濾鏡(NB1006)命名。


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來自如此遙遠物體的光在穿越膨脹的宇宙時,波長會被拉伸到更長的波長,天文學家和宇宙學家使用拉伸的程度或紅移作為測量行進距離的指標。就 SXDF-NB1006-2 而言,紅移意味著該物體存在於近 130 億年前。

此類物體是宇宙早期過渡階段整體狀態的極其有用的標記。在大約 SXDF-NB1006-2 發射出現在到達地球望遠鏡的光的時候,星際空間的中性氫原子正在被新形成的恆星和星系電離。澀谷和他的同事們在天空中尋找發射氫原子特定波長光線的物體,這種光線被稱為萊曼阿爾法線。萊曼阿爾法光子可以透過電離氫,但會被中性氫阻擋。因此,測量在不同紅移下可見的作為萊曼阿爾法發射體的星系數量,可以幫助確定宇宙何時從中性轉變為電離。

為了計算 SXDF-NB1006-2 的紅移,研究人員使用夏威夷的 10 米 Keck II 望遠鏡對該物體進行了光譜分析,將星系的光分解成其組成波長。他們識別出一條光譜線,似乎是來自紅移 7.215 的萊曼阿爾法發射線。由於光譜不確定或亮度變化表明所討論的物體是耀斑黑洞而不是普通的遙遠星系,因此排除了其他一些類似紅移的候選星系。

這是一項非常令人印象深刻的工作,但不幸的是,它伴隨著一份具有誤導性的新聞稿,聲稱 SXDF-NB1006-2 是“有史以來發現的最遙遠的星系”。研究人員在他們的研究中沒有做出這樣的宣告,近年來,天文學家已經發現了幾十個紅移約為 8 的星系和一個紅移約為 10 的疑似星系,對應於大爆炸後 5 億年的時間。這些極其微弱的物體通常沒有像澀谷和他的團隊所做的那樣進行光譜觀測後續研究,這限制了宇宙距離估計的精度。但至少有一個比 SXDF-NB1006-2 更遙遠的星系接受了光譜後續研究。在 2010 年的一項研究中,天文學家發現了一條譜線,儘管很微弱,但使用哈勃太空望遠鏡和歐洲南方天文臺位於智利的甚大望遠鏡,將一個星系的紅移定為 8.55。那個物體 UDFy-38135539 存在於大爆炸後僅 6 億年。

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