天文學家發現巨大星系的古代寶藏

2020-09-05 天文在線

巨大星系的新發現

哈勃（左面）看不到星系，阿爾瑪（右面）看得到星系

圖片：王濤等人（《自然》（2019））

天文學家在遠方發現了令人費解的巨大星系，它們將成為即將推出的望遠鏡的關鍵目標。

天文學家努力解釋附近宇宙中最大星系的起源。這項新發現是使用智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（阿爾瑪）做出的，它給出一個解釋，但其中有錯誤的地方。新發現的星系與現今的星系形成模型背道而馳。這一發現對研究銀河系演化的科學家來說意義重大。

該研究的第一作者，是來自東京大學天文研究所的王濤，他在寫給吉茲莫多的一封電子郵件中表示：「作為觀察者，沒有什麼能與發現新東西相比。我一直對宇宙中的最大星系（也包括超大質量黑洞和星系團）感興趣，從我獲得博士學位以來，我就一直在研究它們的形成和演化。看到我們用阿爾瑪在亞毫米波長下，檢測到了這些不可見的星系，這是我一生中最美好的回憶之一。」

以前，科學家們對最遙遠（因此也是最早）星系的了解來自它們的紫外光，宇宙不斷膨脹，將紫外光拉伸成波長更長的紅外光，並通過像哈勃太空望遠鏡這樣的望遠鏡成像。但這項技術需要星系確實地發出紫外線，這些紫外線能逃離星系，並且不會被介入的塵埃所吸收。根據發表在《自然》上的論文，科學家已經知道這種觀測方法低估了他們所看到的巨大星系的數量，並使發現的結果偏向最極端的恆星形成星系。

「作為觀察者，沒有什麼能與發現新東西相比。」

研究人員確認了63種紅外光源，它們出現在斯皮策太空望遠鏡的紅外熱像儀中，但波長太長，哈勃望遠鏡無法檢測到。隨後，他們跟蹤對這些遠紅外波長也敏感的阿爾瑪，並確認了這些巨大星系中的39個星系，存在於大爆炸後約20億年（或更短）的時代。

王濤解釋說，這些星系很重要，因為科學家以前找不到當今最大星系的祖先候選者。他說：「我們的發現有助於回答這些問題，它提供了證據，來證明宇宙中最大星系的祖先大多灰濛濛，並且不受可見光的影響。」

舊問題解決了，新問題又出現了。未參與這項研究的瓦薩天文學教授黛布拉·埃爾梅格林告訴吉茲莫多，目前的模型無法解釋這些潛在的巨大星系祖先是如何如此迅速形成的。她說，「他們在哪？研究是找到了它們。可是，為什麼他們在那裡？我們並不清楚」。

阿爾瑪

圖片：小野幸太郎

科學家們認為，在宇宙形成的最早時期，叫做「暗物質」的神秘物質開始聚集成團，形成了宇宙的網狀支架。電磁輻射從物質中分離出來，物質開始聚集在該網的細絲和節點中。星系開始從這些聚集物中形成，並通過吸收網中的氣體或相互碰撞而生長。但是艾爾梅格林將這種生長比作滴水，而這些古老的巨大星系的發現，就像留下一個滴水的水龍頭，然後稍等一會兒再回來，就發現浴缸已經滿了。科學家只是基於他們對星系如何生長的理解，才認為這麼大的星系不可能形成得如此之快。

王濤解釋說，這一發現並不包括太多光譜學的內容，光譜學是可以讓科學家確定光源組成的特定波長的光，關於其確切年齡，仍然存在疑問。這一發現留給天文學家許多令人興奮的工作去做。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的副教授華金·維埃拉審閱了這篇論文，他告訴吉茲莫多，「在接下來的10到20年裡，我們將努力了解這些星系，並拼湊出第一個星系是如何形成的，以及它們是由什麼組成的」。

這篇論文標誌著及時的發現。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡計劃於2021年發射，它對這些紅外波長敏感，這將使其成為了解這些早期巨大星系的有用工具。

埃爾梅格林對天文在線說，「最重要的是，當我們的玩具越大，聚光能力越強，解析度越高時，我們就能發現更多的東西。這是打開了下一個窗口。」

作者: Ryan F. Mandelbaum

FY: 小蜜蜂

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