http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-09-25
天文学家发现迄今最遥远星系距地132亿光年
左侧的大图中是一个巨型的星系群，编号为MACS J1149+2223，其占据了整个视野的大部分区域。这一巨型星系团强大的引力弯曲了来自其后方的光线，让此次新发现的早期星系MACS 1149-JD增亮了大约15倍。在右上角是对左侧图像的局部放大，展示的是MACS 1149-JD星系附近区域的放大图，其下方则是对这一星系的进一步放大图。
新浪科技讯 北京时间9月21日消息，据国外媒体报道，借助美国宇航局斯皮策空间望远镜和哈勃空间望远镜，再加上宇宙引力透镜放大效果的帮助，来自美国约翰·霍普金斯大学的天文学家韦征(Wei Zheng，音译)领导的一个小组发现了可能是迄今已知最遥远的星系目标。
此次该小组所观察到的这一星系存在的时期是宇宙大爆炸后仅仅大约5亿年。这一遥远星系存在的时期非常特殊，当时恰好是宇宙从一个被称作“黑暗时期”(Dark Ages)的阶段中逐渐摆脱出来的时期。在这一时期，宇宙从一个完全黑暗，没有任何星星的广袤存在向着今天我们所熟知的充满璀璨星辰的宇宙转变。因此这一暗淡的遥远星系的发现为我们开启了一扇通向那个最深邃，最遥远年代的时间之窗。
该项研究的第一作者韦征是约翰·霍普金斯大学克里格艺术和科学部亨利·罗兰物理和天文系首席研究科学家。他说：“这一星系是迄今我们以高置信度观察到的最遥远的星系。”描述他们此项工作的相关论文已经发表在9月20日出版的《自然》杂志上。
韦征表示：“未来针对这一星系，以及我们希望能找到的其它类似星系目标的研究工作将帮助我们对宇宙的极早期天体开展研究，并探究宇宙的黑暗时期是如何终结的。”这些来自这一遥远星系的光穿越132亿光年的茫茫宇宙，最终抵达美国宇航局的望远镜镜头。换句话说，此次由斯皮策和哈勃空间望远镜捕获的光线是来自宇宙仅为其现今年龄3.6%时的遥远过去。从专业上来说，宇宙中星系的距离是用红移来表征的，符号缩写为“Z”，这一星系的红移值为9.6。星系的红移就是指由于宇宙膨胀效应导致星系发出的光在传播过程中波长被拉长的现象。
天文学家们常常使用红移来表示宇宙的距离值。和之前在这一时期探测到的星系不同，那些星系都只是在某一单一波段上被观测到，而这一星系则在5个不同波段上都被观测到了。作为“哈勃集群透镜和超新星巡天计划”(CLASH)的一部分，哈勃空间望远镜在4个不同波段观测到了这一遥远星系。而斯皮策空间望远镜则使用其红外阵列相机(IRAC)在第5个波段上观测到了这一星系，从而让这项观测结果具有了更加坚实的基础。
这种距离极端遥远的天体一般是超出当今最大型最灵敏望远镜设备的探测极限的。为了捕捉来自遥远星系如此暗弱的光芒，天文学家们借助于“引力透镜”效应。这种效应是在100多年前由爱因斯坦预言的，即前景星系的引力场会弯曲并放大来自背景星系的光。一个居于我们和遥远星系之间的大质量星系团将导致来自后者的亮度被放大增强，增强的幅度可达15倍左右，从而让我们得以观测到后者的存在。借助哈勃和斯皮策望远镜的观测，天文学家们认为这一遥远星系当时的年龄仅有不超过2亿年。这一星系非常小，结构非常紧密，其质量约为银河系质量的1%。
根据主流的宇宙学理论，最早期的星系确实应当是小型的。随后它们通过相互之间的合并，形成更接近于现代宇宙中的那种巨型星系。宇宙再电离时期是标志着宇宙黑暗时期终结的重大事件，这些最早期星系在这一事件中扮演着关键性的作用。在宇宙大爆炸之后大约40万年，中性氢气体从冷却的粒子混沌中开始形成。然而宇宙中的第一颗恒星和星系却迟迟没有出现，这一事件的发生还要等到数亿年之后才最终到来。科学家们认为这些极早期星系所释放的能量导致弥漫宇宙中的中性氢发生了再电离，也就是氢原子失去一个电子，这种状态一直维持到现在。论文合著者，美国宇航局喷气推进实验室的研究科学家莱尼达斯·穆塔克斯(Leonidas Moustakas)表示：“从本质上来说，在宇宙再电离时期，宇宙的灯被打开了。”
天文学家们盼望着能使用美国宇航局的下一代空间望远镜——詹姆斯·韦伯空间望远镜对宇宙中最早期恒星和星系的出现，以及宇宙再电离时期的性质进行研究。该望远镜将成为斯皮策和哈勃空间望远镜的后继者，预计将于2018年发射升空。在发射之后，这一星系预计将成为主要的观测目标。霍兰德·福特(Holland Ford)是韦征团队的成员，也是该论文的合著者，他对此评价道：“当你探索知识的边疆，科学将是非常有趣的。”福特是约翰·霍普金斯大学的物理学和天文学教授。
福特说：“其中的一个边疆就是宇宙诞生后最初数亿年间发生的事件。韦征教授在过去的很多年间一直在从事对宇宙黎明时期类星体和极早期星系的搜寻工作，现在这项工作终于有了回报：那就是我们现在所看到的这一存在于宇宙诞生后仅仅5亿年时的原始星系。”他表示：“有了这项发现，我们得以目睹宇宙在其婴儿时期的模样。然而这个星系最后将会演变成和我们银河系相类似的大型星系，甚至出现行星系统。对于天文学家们而言，这就相当于回溯时间，看到我们银河系的婴儿时期。”(晨风)
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