译注:这确实是大新闻,每次哈勃超深场总能带来新发现;然而,这也仅仅是我们了解高红移宇宙的一小步.去年下半年的时候,大家都还在讨论光谱认证的z=8.6的星系,现在就冒出来个z~10.3的.Nature那篇文章还没见到,从译文看出是从颜色推断出来的,而且需要光谱认证.高红移宇宙本身是非常有意思的,它涉及到再电离,第一代恒星,星系的形成,大尺度结构的形成等诸多问题.一方面,我们正在努力拓宽视野,努力看到更早,更远的天体;另一方面,我们也开始对其恒星活动,化学演化,动力学和形态学进行深入的研究.受限于观测能力,许多问题至今处于百家争鸣各执一词的状态.乱世出英雄,这或许也是为何那么多天文学家一拥而上去做这个领域的原因吧.JWST也要上天了,30米的镜子也是指日可待.终究有一天,人类会冲破创世之初的迷雾,去解答那些最让人着迷的问题:我们是谁,我们从何而来,我们的未来在何方.
没有公主发来全息的求救信息,汉斯索罗也没有开启千年隼飞船来穿越时空.就连传说中的死星,也并不会立刻到来.(作者是科幻迷啊...)但是,我们已经知道的消息是,天文学家将哈勃太空望远镜的性能发挥到了极限,并以此回溯到未曾观测到历史."我们看到了宇宙96%的历史,在此过程中我们只观测到了一个星系.但是这个星系,却是非同寻常的.那时,宇宙年龄仅5亿年,而如今的宇宙已经是137亿岁了."Ames研究所的科学家Garth Illingworth说.虽然大家都知道哈勃超深空场,但我们仍旧邀请你无畏地前进.
一个国际天文学家团队在研究哈勃太空望远镜超深空图像时,在大约132亿光年之外发现了可能是已观测到的最遥远的星系."哈勃太空望远镜两年前安装了工作在红外波段的性能出色的新照相机,而此前我们并没有很好的红外观测设备.现在,我们可以利用这部照相机在红外波段拍摄前所未有的极度深空图像."加州大学圣克鲁兹分校天文与天体物理教授Garth Illingworth说,"我们已经非常接近最早的星系了,据推测他们生成于大爆炸后2到3亿年."此项研究将哈勃的性能挖掘到了极致,将其视野延伸到大爆炸后4.8亿年,当时的宇宙仅经历了现在历史的4%.这个极暗的天体被称作UDFj-39546284,它是一个由蓝色恒星构成的致密星系,出现于大爆炸之后4.8亿年.这仅为现在宇宙历史的4%.它非常小,一百多个这样的星系才能组成银河系这样大的星系.
图:最遥远亦是已知最早的星系在这张哈勃深度曝光图中看起来像是暗淡的红色斑点.这是迄今为止红外波段观测到最深的宇宙.依据天体的颜色,天文学家认为它位于132亿光年之外.(供图:NASA,ESA,Illingworth(加州大学圣克鲁兹分校),R. Bouwens (加州大学圣克鲁兹分校与莱登大学),哈勃超深空09团队)
Illingworth与加州大学圣克鲁兹分校的天文学家Richard Bouwens(现就职于荷兰莱登大学)领导了此项研究,论文将发表在1月27日出版的"自然"杂志.利用哈勃太空望远镜第三代广角行星照相机(WFC3)的红外数据,他们可以看到大爆炸后4.8亿年到6.5亿年之间星系戏剧性的变化."在这1.7亿年之间,恒星形成率提高了十倍,"Illingworth说,"如此惊人的增长居然发生在这么短的时间之内,这仅是宇宙历史的1%."被探测到的星系之数量也有惊人的变化."之前的研究中,我们在宇宙6.5亿岁的时候找到了47个星系,然而,在此之前1.7亿年,我们只找到了一个候选星系",Illingworth说,"转瞬之间,宇宙便有了沧桑巨变."
图:哈勃太空望远镜第三代广角照相机拍摄的红外图像.在这片天区拍摄了史上最深的光学与近红外图像,这里有可能找到红移8~10(大爆炸后6.5亿年到5亿年)的恒星形成星系.在加州大学圣克鲁兹分校和莱登大学,我们利用这些数据更进一步地了解了第一批星系的特点.供图:Bouwen
据Bouwen说,这些发现印证了星系形成的逐级并合(等级成团)的图景,这个过程中星系在暗物质的引力影响下成长与并合."在这段时间,我们观测到星系迅速生成,"他说,"这是我们首次真实地了解到这段时间星系族群的演化,并且为星系形成理论提供了有意义的佐证." 天文学家通过红移来测量天体的距离,即测量宇宙的膨胀将光的波长向红端拉伸的程度.这个新发现的星系红移(即z值)近似为10.3,对应着132亿年之前的天体发出的光.那时宇宙仅有4.8亿年的历史."这个结果已然是我们能力的极限了,我们花了几个月做测试来确认这个结果,现在我们有充足的自信."Illingworth说.
哈勃的图像中,这个星系如同星光中的一点瑕疵.与邻近宇宙中的大质量星系相比,它微不足道.例如,我们的银河系就是它大小的100多倍.研究人员同样描述了另外三个红移大于8.3的星系.这个研究涉及到对哈勃超深场图像中所提取信息的彻底检索.哈勃超深场包括了相当于月面直径十分之一大小的区域.分别在2009年和2010年夏季的两个连续的四天中,哈勃对准了超深空场中的一个小斑点,利用第三代广角照相机曝光了87小时.
"NASA仍然在不断突破新的高度.哈勃太空望远镜此项最新发现将会加深我们对宇宙的了解,并使得子孙后代因此受益."NASA行政官员Charles Bolden说.作为原航天飞机任务的飞行员,他曾将哈勃送入轨道."二十多年前当我们将哈勃送入太空时,根本没有想到它能做出这样前沿的发现并且改写教科书."
若要超越红移为10的界限,天文学家必须等待哈勃太空望远镜的继任者,詹姆斯韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope, JWST)升空.NASA计划在这个年代的稍晚时候发射它.JWST可以进行光谱测量,这正是确认红移为10的星系所需要的."JWST将会用于探索更高的红移,而本项研究至少告诉我们在红移10左右有一些天体,最早的星系必然在此之前形成."Illingworth说.
"20年前,哈勃为我们打开了通往整个宇宙的窗户;而如今,它仍然在做出令天文学家惊奇和敬畏的发现."NASA天体物理部门主管,位于其华盛顿总部的Jon Morse说."它让我们看到宇宙边缘撩人心弦的画面,这里正是NASA努力探索的前沿."人类视野的极限又在哪儿呢?若是你与星友彻夜观测之后坐在营火边望着飘摇升腾的余烬,讨论宇宙学的话题,最终必然有人要提出关于时空弯曲的话题.如果你在气球上画个X并把它吹起来,观察记号扩张的轨迹,其实那仍然是你画印记.如果我们看到的开端,那实际上就是宇宙遥远未来的终结吗?来,还是多吃点甜点吧,需要我们思考的东西太多了.译注:这个对宇宙的猜测可能并非那么准确.有读者评论这个可能只针对于封闭的宇宙.
Illingworth的团队一直维护着"最早的星系"网站,提供关于遥远星系最新研究进展的消息.
原文链接: http://www.universetoday.com/82855/long-ago-in-a-galaxy-far-far-away/
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