天文學家發現宇宙第二古老星系,超高齡 128 億歲

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 09 日 18:00 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

天文學家再度發現天體物理學中的神話存在,證實宇宙已知的第二個超古老星系「G09 83808」成形於大爆炸後 10 億年內,提供科學家對早期宇宙更獨特的見解。美國研究團隊表示,想觀測到大爆炸 10 億年內的宇宙天體,除了仰賴強大的望遠鏡,愛因斯坦在廣義相對論中敘述的「重力透鏡效應」也功不可沒。



據研究,「G09 83808」星系一年可以形成約 380 顆恆星,一開始,該星系先被赫雪爾太空望遠鏡(Herschel space telescope)觀察到,但由於拍攝成像過於模糊不清,天文學家需要獲得更多有用資訊,因此把數據轉傳給大型毫米波望遠鏡(LMT)小組,一個在毫米波段下口徑最大且最靈敏的單一天線電波望遠鏡。

大型毫米波望遠鏡位於墨西哥,可以克服觀測時視野被星際塵埃遮擋的問題,並能獲得更多關於恆星形成的知識。該望遠鏡也適合觀測溫度較低、主要釋放毫米波熱輻射波長的太陽系微行星和行星,以及太陽系外的原行星盤,也有人建議利用該望遠鏡觀測宇宙微波背景輻射和活動星系核的波動。

▲ 大型毫米波望遠鏡。(Source:By Luyten (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

想在宇宙大爆炸後 10 億年內觀察到諸如「G09 83808」的物體並不簡單,因為它們被龐大濃厚的塵埃雲包圍,可能躲過哈伯太空望遠鏡的搜查,必須在可見光和紅外線波長下觀察最清楚。

來自美國麻薩諸塞大學阿默斯特分校的研究團隊表示,毫米波段中,最常見和容易檢測到的譜線是一氧化碳(CO),大型毫米波望遠鏡便設計用來追蹤一氧化碳,而為了確認「G09 83808」的紅移譜線,團隊還與哈佛─史密松天體物理中心合作,額外利用位於夏威夷的次毫米波陣列望遠鏡(SMA)進行三角測量,以創建更詳細的圖像。

此外,重力透鏡效應(gravitational lensing)也在研究過程發功。當背景光源發出的光經過重力場(比如星系、星系團及黑洞)附近時,光線會像通過透鏡一樣發生彎曲,研究人員說,這種現象會讓遙遠的光線在穿過中間的重力場後「放大」,使天文學家更好觀察,比如這次的「G09 83808」星系,觀測到的光線比實際還要亮 10 倍,這代表星系和地球之間有一個巨大星系,通過重力透鏡效應放大了「G09 83808」星系。研究已發表在《自然天文》期刊。

▲ 重力透鏡效應模擬。(Source:By Urbane Legend (optimised for web use by Alain r) (en:Image:BlackHole_Lensing_2.gif) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

科學家希望能發現越來越多古老星系,但每當星系年齡越接近大爆炸時間點,它們發出的光線就越灰暗,隨著觀測距離增加,尋找難度也會大幅提升,延遲到 2019 年發射的詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡將有能力觀測到 134 億光年以外、誕生於宇宙大爆炸 3 億年之後的星系。

另外,一個由澳洲斯威本理工大學和澳洲國立大學領導的國際天文團隊,在這幾日也藉助重力透鏡效應,發現迄今已知最古老的螺旋星系(spiral galaxy)「A1689B11」,距離地球 110 億光年,但它老歸老,「生產功能」卻不含糊,還在用比銀河系快 20 倍的速度形成恆星。這個研究團隊表示,螺旋星系在早期宇宙非常罕見,研究可以幫助科學家了解螺旋星系如何從混亂歸於寧靜,就像我們的銀河系。研究已發表在《天體物理學》雜誌。

(首圖來源:pixabay)