自遠古時代以來，哲學家和學者就開始考慮時間的開始，甚至試圖確定萬物何時開始。直到現代天文學時代，我們才以相當確定的程度接近回答這個問題。
根據最廣泛接受的宇宙學模型，宇宙始於大約138億年前的大爆炸。即使這樣，天文學家仍然不確定早期宇宙的樣子，因為這個時期與宇宙的「黑暗時代」相吻合。因此，天文學家不斷開發其儀器的極限，以查看最早的星系何時形成。
多虧了國際天文學家團隊的新研究，我們發現了迄今為止在我們的宇宙中觀測到的最古老和最遙遠的星系GN-z11。
該研究小組的研究成果最近發表在《自然天文學》雜誌上，該研究小組由卡夫裡天文學和天體物理學研究所的Linhua Jiang和東京大學的Noshinari Kashikawa教授領導。
卡內基科學研究院天文臺、管家天文臺、日內瓦天文臺，北京大學和東京大學的研究人員參加了會議。
簡而言之，宇宙的黑暗時代始於大爆炸之後約37萬年，並持續了10億年。
這時，唯一的光源要麼是之前釋放的光子（今天仍然可以作為宇宙微波背景（CMB）檢測到），要麼是中性氫原子釋放的光子。這些光子的光因宇宙的膨脹而移動得如此之多，以至於我們今天看不見它們。
這種效應被稱為「紅移」，其中光的波長在到達我們的途中經過不斷擴展的宇宙時被拉長（或「移向光譜的紅色末端」）。
對於靠近我們銀河系的天體，效果相反，波長變短並移向光譜的藍色末端（也稱為「 藍移」）。
近一個世紀以來，天文學家一直使用這些效應來確定星系的距離和宇宙的膨脹速度。在這種情況下，研究小組使用了位於夏威夷毛納凱阿的Keck I望遠鏡來測量GN-z11的紅移，以確定其距離。
他們獲得的結果表明，它是有史以來最遠（也是最古老）的星系。正如Kashikawa在東京大學的新聞稿中解釋的那樣：
「從先前的研究來看，GN-z11星系似乎是距我們最遠的星系，處於134億光年，即134，後跟30個零。但是，測量和驗證這種距離並非j簡單任務。」
具體來說，研究小組檢查了來自GN-z11的碳排放線，這些碳排放線離開銀河系時處於紫外線範圍，並在到達地球時向紅外（0.2微米）移動了10倍。
這種紅移程度表明，這個星系存在的時間大約是134億年前，也就是大爆炸之後的4億年。
在這個距離上，GN-z11如此遙遠，以至於它定義了可觀測宇宙本身的邊界！儘管過去曾由哈勃（Hubble）觀測過這個星系，但它需要凱克天文臺的分辨能力和光譜能力來進行準確的測量。
這是作為紅外探測多目標光譜儀（MOSFIRE）勘測的一部分執行的，該勘測詳細捕獲了GN-z11的發射線。
這樣一來，該團隊就可以為該星系產生距離估算值，該距離估算值比以前進行的任何測量都提高了100倍。Kashikawa說：
「哈勃太空望遠鏡在GN-z11光譜中多次檢測到其特徵。但是，即使哈勃望遠鏡也無法將紫外線發射線解析到我們所需的程度。因此，我們轉向了最新的地面光譜儀，一種測量輻射線的儀器，稱為MOSFIRE，安裝在夏威夷的Keck I望遠鏡上。」
如果隨後的觀察可以證實這項最新研究的結果，那麼天文學家可以肯定地說GN-z11是有史以來觀測到的最遠的星系。通過研究像這樣的天體，天文學家希望能夠闡明宇宙只有幾億年歷史的一段宇宙歷史。
這個時期恰逢宇宙從「黑暗時代」開始出現，當時最初的恆星和星系形成並用可見光充滿了早期的宇宙。
通過研究這些，天文學家希望更多地了解宇宙的大型結構隨後如何演化。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）等下一代望遠鏡將協助實現這一目標，該望遠鏡計劃於2021年10月31日發射。
這些儀器甚至可以使天文學家能夠研究「黑暗時代」本身，當時唯一的非CMB光是中性氫的自旋線——遠微波波長（21釐米）。
為了能夠探究宇宙本身的開始，並觀察第一批恆星和星系的形成。真是令人興奮的時刻！
使這項研究成為可能的觀測是在凱克天文臺和位於夏威夷毛努阿卡的斯巴魯望遠鏡之間的時間交換計劃下進行的。
本文最初由《今日宇宙》發表。閱讀原始文章。