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测量出了迄今所知宇宙中最遥远星系的距离澳门威尼斯

五月 3rd, 2019  |  科学

这项研究的首席研究员、美国耶鲁大学的帕斯卡·奥伊什(Pascal
Oesch)解释说,“我们又逆着时间向前追溯了一大步,超出了我们此前对于哈勃望远镜能力的预期。我们看到的GN-z11,它所处的时期,宇宙的年龄只有当前年龄的3%。”参与这项研究的科学家来自耶鲁大学、太空望远镜科学研究所,以及加利福尼亚大学圣克鲁兹分校。

这项研究的第二作者、太空望远镜科学研究所的加百利·布拉默(Gabriel
Brammer)说,“我们的光谱观测揭示出,这个星系的距离远远超出了我们此前的设想,达到了哈勃望远镜所能观测的极限。”

这一观测结果提供了强有力的证据,表明先前在哈勃拍摄的图片中出现的某些异常明亮的星系,确实有可能距离超凡。此前,根据哈勃和NASA的斯皮策空间望远镜(Spitzer
Space
Telescope)拍摄到星系颜色,研究团队已经大致估算了GN-z11的距离。现在,研究团队利用哈勃望远镜上的第三代广域相机,通过光谱分析的方法,也就是把星系的光分解成不同颜色,第一次精确测量出了如此遥远的一个星系的距离。

澳门威尼斯 1利用哈勃和斯皮策空间望远镜,天文学家测定了已知最遥远星系的距离——光从那里发出,要在宇宙中穿越134亿年,才最终抵达了地球。图片来源:NASA, ESA,
P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale
University), and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

澳门威尼斯 2通过光谱分析,天文学家测得GN-z11的红移值高达11.1。在宇宙大尺度距离上,红移越大,天体的距离也就越远。图片来源: NASA, ESA,
and C. Christian and Z. Levay (STScI)

澳门威尼斯 3GN-z11刷新了最远星系的纪录,将对星系的观测追溯到了大爆炸后仅4亿年。图片来源:NASA, ESA,
P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale
University), and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

在天文学家测定GN-z11的距离之前,由光谱测量确定距离的最遥远星系的红移值为8.68(这意味着,我们看到光是它在132亿年前发出的)。现在,研究团队已经证实,GN-z11的红移值为11.1,又向大爆炸的时刻逼近了大约2亿年。“对于哈勃来说,这是一项了不起的成就。它打败了此前由地面上更大口径的望远镜保持了数年的天体距离纪录。”美国耶鲁大学的研究者皮耶特·范·多克姆(Pieter
van Dokkum)说,“这一新的纪录很可能会一直保持到韦布空间望远镜升空。”

这些结果揭示了关于极早期宇宙本质的惊人新线索。加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的研究者加思·伊林沃思(Garth
Illingworth)解释说,“在第一代恒星形成仅仅2亿到3亿年后就能出现一个如此巨大的星系,这实在太神奇了。想要如此迅速地形成一个拥有10亿倍太阳质量的星系,它必须迅速增长,快速产生新的恒星才行。”

这一发现对NASA正在筹划的大视场红外巡天望远镜(Wide-Field Infrared Survey
Telescope,WFIRST)也有着深远的影响,这台望远镜将有能力发现成千上万如此明亮却又极其遥远的星系。

在较大的宇宙距离上,天文学家通过测定一个星系的“红移”来测量它的距离。红移现象是宇宙膨胀的结果:宇宙中每一个遥远的天体看起来都像在远离我们而去,因为随着它发出的光在不断膨胀的宇宙中穿行,光的波长也会随之拉长,向红端偏移。红移越大,星系距离就越远。

综合哈勃和斯皮策空间望远镜拍摄的图像,天文学家发现GN-z11的大小只有银河系的1/25,质量只有银河系中恒星总质量的1%。然而,新生的GN-z11正在快速增长,形成恒星的速率是今天银河系的20倍。这才使得如此极端遥远的一个星系明亮到足以让地球上的天文学家发现它,并用哈勃和斯皮策空间望远镜对它展开细致的观测。

宇宙最遥远天体的纪录又一次被刷新了。一个国际天文学家团队利用NASA的哈勃空间望远镜(HST),测量出了迄今所知宇宙中最遥远星系的距离。这个亮度惊人的婴儿星系名为GN-z11,我们看到的是它在134亿年前,也就是大爆炸后仅4亿年时发出的光亮。GN-z11位于大熊座方向。

研究团队的这一发现,将发表在3月8日出版的《天体物理期刊》(The
Astrophysical
Journal
)上。(编辑:Steed

这些发现也让人们对预计于2018年发射升空的韦布空间望远镜满怀期待。奥伊什说,“哈勃和斯皮策已经触及到了韦布的探测领域。”伊林沃思则补充说,“这一新发现表明,韦布望远镜肯定会发现许多这样的年轻星系,一直可以追溯到第一代星系正在形成之时。”

天文学家正在逼近宇宙中形成的第一代星系。哈勃望远镜所作的新观测,把天文学家带入到了一个他们曾经认为只有未来NASA的韦布空间望远镜(James
Webb Space Telescope,JWST)才能够触及的领域。

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