宇宙誕生後 20 億年內,新發現 39 個大質量遠古星系

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 12 日 16:48 | 分類 天文 , 航太科技 follow us in feedly


過去哈伯太空望遠鏡看不清的早期宇宙世界,被其他天文台撥開了迷霧。日本東京大學團隊最近從早期宇宙找出數十個新的大質量星系,它們在宇宙不到 20 億歲時就成形,打破目前的宇宙演化模型,或許能幫助天文學家找到理論缺失的環節。

哈伯太空望遠鏡(HST)擁有史上最強視力,它帶我們看到最遙遠的宇宙光學影像,前陣子還發表了至今最完整、包含高達 26 萬個星系的深空照片「Hubble Legacy Field」。然而那片曠野依然藏著大量不為人知的秘密,天文學家懷疑黑暗之中還有什麼東西存在,但哈伯望遠鏡無法照出它們,比如最近由日本東京大學團隊發現的數十個超大質量星系。

對天文學家來說,要藉哈伯望遠鏡證明宇宙中某個小小光點是遙遠星系並非易事,因為它們的光往往被濃厚灰塵掩蓋;此外,隨著宇宙膨脹,光線在行走期間逐漸拉伸,從可見光波長拉成紅外光波長,越遙遠物體所發出的光紅移效應越大。幸運的是,天文學家能精確測量紅移量以計算出物體距離有多遠,而哈伯望遠鏡探測波段包含可見光、紫外線和近紅外線,也因此得以發現早期宇宙(大爆炸後 20 億年左右)數百個星系。

然而,這種技術有個很大問題:恆星爆炸的塵埃吸收了大部分紫外線,哈伯望遠鏡對短波長光較不敏感,無法在次毫米波長下描述遙遠星系的種種特徵,因此很容易對一些老星系視而不見。

於是,東京大學團隊這一次不靠哈伯太空望遠鏡,改從史匹哲太空望遠鏡過去的紅外數據鎖定 63 個已被發現、但還不清楚底細的對象,接著使用阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列(ALMA),分辨出其中有 39 個為巨無霸星系,質量可達太陽 1,000 億倍,每年可形成 1,000 個新生恆星。

▲ 哈伯望遠鏡看不見的遠古大質量星系(左),可以被 ALMA 抓出來(右1~4)。(Source:東京大學

可惜,ALMA 也很難針對這些龐大星系進行恆星種群、星系化學成分的光譜學研究,因此團隊寄望未來即將發射升空的詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡,幫天文學家收集這些古老巨大星系的精確構成與年齡。

在宇宙歷史早期,大質量星系驚人的數量可能會挑戰傳統星系演化理論,研究這些星系能進一步理解超大質量黑洞如何演化,東京大學天文學教授 Kotaro Kohno 說,大質量星系與暗物質的分佈密切相關,後者常影響星系的結構和分佈。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖為示意圖,來源:NASA

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