哈勃太空望遠鏡30年來的重要成果（三）

2020-08-26 寒蕭99

雙黑洞形成的類星體

哈勃望遠鏡的觀測證據顯示，距離地球最近的類星體是由兩個超大質量的黑洞在馬卡利安231星系中心相互轉動所驅動的。類星體是活躍星系的核心，擁有數十億顆太陽的質量，卻被壓縮到與太陽系大小差不多的空間中。而目前可以想像到的能提供這麼巨大的能量輸出的只能是巨型黑洞，因為巨型黑洞的質量可達到太陽質量的數百萬到數十億倍。

而哈勃恰好觀測到了一團物質在落入馬卡利安231星系中心並引發了紫外線的變化，也因此揭示了這個秘密。

如果星系中心只有一顆黑洞的話，這時整個吸積盤就會在紫外線中發光，但實際情況正好相反，紫外線突然向中心減弱，這表明了在這個圓盤中有一個巨大的環形洞圍繞著中心黑洞。根據動力學模型，對這個現象最好的解釋是，圓盤的中心是兩個互相圍繞軌道運動的黑洞製造出來的。第二個黑洞應該來自一個較小的星系，在大約100萬年前，這個星系與馬卡利安231合併形成了這個類星體。

這一發現表明，類星體通常可能是包括兩個超大質量的黑洞，在兩個星系合併後，這兩個黑洞形成了這樣一個系統，而導致了一個類星體的產生。

在馬卡利安231星系的中心，很可能是兩個巨型黑洞相互環繞而形成的類星體，這裡距我們5.8億光年

探測那些宇宙深處的天體

在哈勃望遠鏡發射之前，我們對遙遠宇宙的認識非常有限，天文學家最多只探測到大約70億光年遠的距離，那些被稱為宇宙燈塔的類星體距離我們在100億光年左右，但這些天體究竟是什麼樣的，在很大程度上還是一個謎。

而哈勃望遠鏡的觀測使我們的視野極大的擴展了，我們今天最遠可以觀測到134億光年以外的星系，這是其他任何望遠鏡都無法觀測到的。哈勃望遠鏡可以觀測到如此遙遠的天體，方法之一是藉助了宇宙中的一種天然鏡頭，這是一種叫做&34;的現象，是由大質量星系團的引力場造成了空間的彎曲，並因此放大了位於其後面更遠處的星系的光線。利用這種現象，哈勃望遠鏡可以看到比它自身能看到的極限更遙遠的地方。


這是阿貝爾370星系團的照片，引力透鏡使得一些星系的光被拉伸變長

一個已經死亡的星系

哈勃曾發現一個已經&34;了的盤狀星系，星系中不再有新的恆星形成，現有的這些恆星在宇宙誕生後不久就已經存在了。以前天文學家認為最早一批星系中的恆星形成是由於星系之間的相互吸引與合併引起的，同時就會形成更大一些的圓形和橢圓形星系。但是，根據哈勃望遠鏡的觀測，一個編號為MACS 2129-1的星系中，其恆星是形成於星系盤之中的，這就使得天文學家需要重新考慮早期星系中的恆星形成的機制了。

哈勃望遠鏡利用了一個引力透鏡拍攝到了這個星系，前面星系團的巨大引力將其後面星系發過來的光線彎曲放大，這才讓我們看到了後面更遙遠的星系。通過數據分析，這個星系的質量是銀河系的三倍，但大小只有銀河系的一半。歐洲南方天文臺利用甚大望遠鏡（VLT）進行了測量，結果顯示這個星系的旋轉速度與銀河系一樣。目前，我們仍不清楚是什麼機制，造成了這個星系中不再產生新的恆星了。

在MACS J2129-0741星系團的引力作用下，一個更遙遠的星系被哈勃所觀測到

宇宙中最耀眼的紅外星系

利用引力透鏡，哈勃還拍攝到宇宙中最亮的紅外星系的圖像，這些距離遙遠的星系發出的紅外光是銀河系的1萬倍，哈勃的觀測結果顯示這些星系錯在於80~115億年前，那時正是宇宙中恆星形成的高峰期。

這些遙遠的星系擁有與銀河系中相同數量的氣體，產生恆星的數量是今天的銀河系的5千到1萬倍。這些星系被塵埃籠罩，在可見光波段顯得非常微弱，難以探測到。但是這些星系發出的紅外光卻可以穿透塵埃，其亮度可達到太陽的1萬億到100萬億倍。

天文學家估計，這些超亮的紅外星係數量並不多，但是通過這些星系仍然可以讓我們了解這些星系中恆星是如何形成的。在這些星系中，星系之間的碰撞引發了恆星的誕生，但天文學家們還不清楚是什麼推動了這些星系之間的碰撞，或者是有星系外部的氣體落入星系而引起恆星的誕生。總之，引力透鏡放大了遙遠星系的細節，而哈勃通過觀測這些細節，也向我們揭示了更多的奧秘。

這六張照片顯示了被引力透鏡放大拉伸的紅外星系

在早期宇宙中發現的一個被拉伸的星系

哈勃望遠鏡通過引力透鏡，觀測到了一個在宇宙誕生後約5億年就形成的星系，這個星系叫做SPT0615-JD，在前方星系群的引力作用下其微弱的光線被放大拉伸。

哈勃之前也發現過一些早期的星系，但大多數都是很小的一個點狀，而這個SPT0615-JD在被引力透鏡拉伸後，可以觀測到更多一些細節。

通過哈勃望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡的觀測結果，證實這個星系距離我們133億光年遠。初步的分析表明，這個星系的質量不超過太陽的30億倍，也就是說只有銀河系的1/100，其直徑也不到2500光年，差不多與小麥哲倫星系相當。這個星系很可能是當時星系的典型狀態，通過對這個星系的觀測，我們了解了最早形成的星系的樣子。

放大的紅色條紋就是在宇宙誕生5億年後的星系

發現遙遠宇宙深處最微弱的星系

利用一個叫做MACS J0416.1-2403的巨型星系團所產生的引力透鏡，哈勃望遠鏡發現了宇宙早期最微弱的星系，這個星系在大爆炸後約4億年形成，經過引力透鏡的放大，使得這個星系比正常情況亮了約20倍。星系的大小與大麥哲倫星系相當，但其中恆星形成的速度比大麥哲倫星系快了10倍。這個星系的中心正在形成一個核心，不久後就會演化為一個完整的星系。

雖然我們已經定位到更遠一些的星系，但是這個星系代表了一些新形成的星系，在早期的宇宙中這種星系應該比較常見。這些星系可能代表了早期宇宙中的典型星系，為我們了解最初的星系形成和演化提供了新的信息。

放大圖中的紅色斑點是在宇宙誕生後4億年的星系

超越極限的宇宙邊界

目前，哈勃望遠鏡發現了迄今為止最遠的星系，這個星系被稱為GN-z11，距離我們大約有134億光年。這星系比銀河系小25倍，質量只有銀河系的1%，但是這個星系正在快速的成長，其中恆星的生成速度是銀河系的20倍。

在銀河系附近的星系，其中的恆星的光芒是明亮而藍色的，但是這個星系中的恆星看起來卻是紅色的，這是因為由於距離的遙遠，其發出來的光波受到宇宙膨脹的影響而變得更長，因此會顯得更紅一些。

天文學家利用哈勃望遠鏡和斯皮策望遠鏡更精確的測量了這個星系的距離，這是首次對如此遠距離的天體進行測量，這已經達到哈勃望遠鏡的極限能力了。

迄今為止觀測到的最遙遠的星系GN-z11

30年來，哈勃望遠鏡為我們揭示了一個又一個的宇宙秘密，發生在遙遠的星系中的天體演化的故事，在哈勃望遠鏡的密切觀測下，被暴露在我們的眼前。讓我們逐步的了解到恆星、星系和宇宙之間的演化原理，使我們的認知越來越接近宇宙的真實面貌。

在可預見的未來幾年中，哈勃望遠鏡還將繼續堅守其崗位，發揮著餘熱，為我們帶來更多的宇宙深處的秘密。

而即將升空的詹姆斯韋伯望遠鏡將成為哈勃望遠鏡的繼任者，韋伯將擁有比哈勃更大的鏡面，其直徑將達到6.5米，同時技術上也會比哈勃更加先進。因此，韋伯望遠鏡將會比哈勃看的更遠，會看到更加接近宇宙誕生時的樣子。

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