探索最遙遠(yuǎn)的星系（科技大觀）

 據(jù)《天體物理學(xué)雜志》近日發(fā)表的一項(xiàng)研究，一個(gè)國(guó)際天文學(xué)團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到了可能是迄今最遙遠(yuǎn)的星系，并命名為“HD1”。觀測(cè)信號(hào)來(lái)自135億光年之外，這意味著HD1誕生于宇宙大爆炸后約3億年，是首批形成的星系。如果被證實(shí)，它將創(chuàng)造一個(gè)遙遠(yuǎn)星系的新紀(jì)錄。

  仰望星河，我們?cè)诘厍蛏先庋劭吹降慕^大部分星星都來(lái)自銀河系。而對(duì)于浩瀚的宇宙來(lái)說(shuō)，像銀河系這樣的星系至少有數(shù)千億個(gè)。光線傳播需要時(shí)間，來(lái)自越遙遠(yuǎn)星系的信號(hào)，產(chǎn)生的時(shí)期越早。研究遙遠(yuǎn)的星系就像觀測(cè)者穿越到古代，去觀看一場(chǎng)歷史的現(xiàn)場(chǎng)直播，吸引著天文學(xué)家孜孜以求。

  現(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為，宇宙始于約138億年前的大爆炸，在那之后約38萬(wàn)年，膨脹的宇宙逐漸從高溫致密的狀態(tài)冷卻下來(lái)，中性原子開(kāi)始形成。這些原子氣體進(jìn)一步冷卻，并在引力作用下聚集成團(tuán)，慢慢形成第一代恒星和第一代星系，逐步演化至今。但天文學(xué)家還不確定的是，第一代天體具體形成的時(shí)間、物理性質(zhì)、演化過(guò)程，以及對(duì)宇宙整體演化的影響等。通過(guò)搜尋越來(lái)越遙遠(yuǎn)的星系，天文學(xué)家獲得了更多線索。在HD1被發(fā)現(xiàn)之前，最遙遠(yuǎn)星系的紀(jì)錄由2016年發(fā)現(xiàn)的星系GN—z11保持，其信號(hào)來(lái)自宇宙大爆炸后約4億年。

  這些遙遠(yuǎn)的星系是如何被發(fā)現(xiàn)的？由于宇宙在膨脹，離地球越遠(yuǎn)的星系相對(duì)地球而言退行速度就越快，導(dǎo)致其輻射的光被觀測(cè)到時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的紅移，即波長(zhǎng)會(huì)比原本更長(zhǎng)。紅移為1代表著波長(zhǎng)變長(zhǎng)1倍，紅移越大表示距離越遠(yuǎn)。天文學(xué)家可依此計(jì)算出星系的距離，以及觀測(cè)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)宇宙所處的年齡。

  而要精確確定一個(gè)星系的紅移，天文學(xué)家需要獲得該星系的光譜，然后通過(guò)測(cè)量光譜線波長(zhǎng)的移動(dòng)得出結(jié)果。原理不難理解，困難來(lái)自觀測(cè)。通常，越遙遠(yuǎn)的星系越暗弱，需要用大口徑望遠(yuǎn)鏡等尖端觀測(cè)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間探測(cè)才可能發(fā)現(xiàn)。然而天空中暗弱的天體數(shù)目太多，像人口普查一樣對(duì)每個(gè)暗弱天體拍光譜往往是不可能的，因此必須有效縮小探測(cè)范圍。

  好在對(duì)天空拍照的成本比拍光譜要低得多，觀測(cè)者可以事先對(duì)特定天空長(zhǎng)時(shí)間曝光拍照，從圖像中遴選出特定目標(biāo)，然后再用望遠(yuǎn)鏡資源對(duì)其進(jìn)行光譜觀測(cè)。一個(gè)最常用的辦法是搜尋那些只在長(zhǎng)波圖像有信號(hào)的源，因?yàn)樵礁呒t移的星系，其信號(hào)在越長(zhǎng)的波長(zhǎng)處才能探測(cè)到。HD1就是這樣脫穎而出的“候選者”：據(jù)介紹，HD1是從昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡、英國(guó)紅外望遠(yuǎn)鏡、維斯塔天文望遠(yuǎn)鏡和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡等觀測(cè)的約70萬(wàn)個(gè)天體中選出。隨后，觀測(cè)者用位于智利的ALMA毫米波望遠(yuǎn)鏡對(duì)HD1“聚焦”，探測(cè)到了一個(gè)可能的譜線，紅移值為13.27。

  需要強(qiáng)調(diào)的是，HD1的紅移和距離仍有待進(jìn)一步觀測(cè)證實(shí)。2021年底發(fā)射的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡因在紅外波段超高的靈敏度，將推動(dòng)這一領(lǐng)域的革命性進(jìn)步，可以拭目以待。

  “天高地迥，覺(jué)宇宙之無(wú)窮?！睂?duì)于宇宙邊界的好奇和追問(wèn)古來(lái)有之。如今，科學(xué)理論的進(jìn)步打開(kāi)了更多觀察宇宙的視角，先進(jìn)的觀測(cè)設(shè)備將人類(lèi)的視界延伸至更遠(yuǎn)，正帶我們不斷接近這一問(wèn)題的答案。

  （作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系教授）《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2022年06月10日 16 版）

編輯：月兒