左側(cè)的大圖中是一個(gè)巨型的星系群，編號(hào)為MACS J1149+2223，其占據(jù)了整個(gè)視野的大部分區(qū)域 。這一巨型星系團(tuán)強(qiáng)大的引力彎曲了來(lái)自其后方的光線，讓此次新發(fā)現(xiàn)的早期星系MACS 1149-JD增亮了大約15倍 。在右上角是對(duì)左側(cè)圖像的局部放大，展示的是MACS 1149-JD星系附近區(qū)域的放大圖，其下方則是對(duì)這一星系的進(jìn)一步放大圖 。
借助美國(guó)宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，再加上宇宙引力透鏡放大效果的幫助，來(lái)自美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)的天文學(xué)家韋征(Wei Zheng ， 音譯)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組發(fā)現(xiàn)了可能是迄今已知最遙遠(yuǎn)的星系目標(biāo) 。
此次該小組所觀察到的這一星系存在的時(shí)期是宇宙大爆炸后僅僅大約5億年 。這一遙遠(yuǎn)星系存在的時(shí)期非常特殊 ， 當(dāng)時(shí)恰好是宇宙從一個(gè)被稱作“黑暗時(shí)期”(Dark Ages)的階段中逐漸擺脫出來(lái)的時(shí)期 。在這一時(shí)期，宇宙從一個(gè)完全黑暗，沒(méi)有任何星星的廣袤存在向著今天我們所熟知的充滿璀璨星辰的宇宙轉(zhuǎn)變 。因此這一暗淡的遙遠(yuǎn)星系的發(fā)現(xiàn)為我們開啟了一扇通向那個(gè)最深邃，最遙遠(yuǎn)年代的時(shí)間之窗 。
該項(xiàng)研究的第一作者韋征是約翰·霍普金斯大學(xué)克里格藝術(shù)和科學(xué)部亨利·羅蘭物理和天文系首席研究科學(xué)家 。他說(shuō)：“這一星系是迄今我們以高置信度觀察到的最遙遠(yuǎn)的星系 。”描述他們此項(xiàng)工作的相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在9月20日出版的《自然》雜志上 。
韋征表示：“未來(lái)針對(duì)這一星系 ， 以及我們希望能找到的其它類似星系目標(biāo)的研究工作將幫助我們對(duì)宇宙的極早期天體開展研究，并探究宇宙的黑暗時(shí)期是如何終結(jié)的 。”這些來(lái)自這一遙遠(yuǎn)星系的光穿越132億光年的茫茫宇宙 ， 最終抵達(dá)美國(guó)宇航局的望遠(yuǎn)鏡鏡頭 。換句話說(shuō)，此次由斯皮策和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡捕獲的光線是來(lái)自宇宙僅為其現(xiàn)今年齡3.6%時(shí)的遙遠(yuǎn)過(guò)去 。從專業(yè)上來(lái)說(shuō)，宇宙中星系的距離是用紅移來(lái)表征的 ， 符號(hào)縮寫為“Z”，這一星系的紅移值為9.6 。星系的紅移就是指由于宇宙膨脹效應(yīng)導(dǎo)致星系發(fā)出的光在傳播過(guò)程中波長(zhǎng)被拉長(zhǎng)的現(xiàn)象 。
天文學(xué)家們常常使用紅移來(lái)表示宇宙的距離值 。和之前在這一時(shí)期探測(cè)到的星系不同，那些星系都只是在某一單一波段上被觀測(cè)到，而這一星系則在5個(gè)不同波段上都被觀測(cè)到了 。作為“哈勃集群透鏡和超新星巡天計(jì)劃”(CLASH)的一部分 ， 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在4個(gè)不同波段觀測(cè)到了這一遙遠(yuǎn)星系 。而斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡則使用其紅外陣列相機(jī)(IRAC)在第5個(gè)波段上觀測(cè)到了這一星系，從而讓這項(xiàng)觀測(cè)結(jié)果具有了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。
這種距離極端遙遠(yuǎn)的天體一般是超出當(dāng)今最大型最靈敏望遠(yuǎn)鏡設(shè)備的探測(cè)極限的 。為了捕捉來(lái)自遙遠(yuǎn)星系如此暗弱的光芒，天文學(xué)家們借助于“引力透鏡”效應(yīng) 。這種效應(yīng)是在100多年前由愛(ài)因斯坦預(yù)言的，即前景星系的引力場(chǎng)會(huì)彎曲并放大來(lái)自背景星系的光 。一個(gè)居于我們和遙遠(yuǎn)星系之間的大質(zhì)量星系團(tuán)將導(dǎo)致來(lái)自后者的亮度被放大增強(qiáng)，增強(qiáng)的幅度可達(dá)15倍左右，從而讓我們得以觀測(cè)到后者的存在 。借助哈勃和斯皮策望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，天文學(xué)家們認(rèn)為這一遙遠(yuǎn)星系當(dāng)時(shí)的年齡僅有不超過(guò)2億年 。這一星系非常?。?結(jié)構(gòu)非常緊密，其質(zhì)量約為銀河系質(zhì)量的1% 。
根據(jù)主流的宇宙學(xué)理論，最早期的星系確實(shí)應(yīng)當(dāng)是小型的 。隨后它們通過(guò)相互之間的合并，形成更接近于現(xiàn)代宇宙中的那種巨型星系 。宇宙再電離時(shí)期是標(biāo)志著宇宙黑暗時(shí)期終結(jié)的重大事件，這些最早期星系在這一事件中扮演著關(guān)鍵性的作用 。在宇宙大爆炸之后大約40萬(wàn)年 ， 中性氫氣體從冷卻的粒子混沌中開始形成 。然而宇宙中的第一顆恒星和星系卻遲遲沒(méi)有出現(xiàn)，這一事件的發(fā)生還要等到數(shù)億年之后才最終到來(lái) 。科學(xué)家們認(rèn)為這些極早期星系所釋放的能量導(dǎo)致彌漫宇宙中的中性氫發(fā)生了再電離，也就是氫原子失去一個(gè)電子 ， 這種狀態(tài)一直維持到現(xiàn)在 。論文合著者，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家萊尼達(dá)斯·穆塔克斯(Leonidas Moustakas)表示：“從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，在宇宙再電離時(shí)期，宇宙的燈被打開了 。”
天文學(xué)家們盼望著能使用美國(guó)宇航局的下一代空間望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)宇宙中最早期恒星和星系的出現(xiàn)，以及宇宙再電離時(shí)期的性質(zhì)進(jìn)行研究 。該望遠(yuǎn)鏡將成為斯皮策和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的后繼者，預(yù)計(jì)將于2018年發(fā)射升空 。在發(fā)射之后，這一星系預(yù)計(jì)將成為主要的觀測(cè)目標(biāo) 。霍蘭德·福特(Holland Ford)是韋征團(tuán)隊(duì)的成員，也是該論文的合著者 ， 他對(duì)此評(píng)價(jià)道：“當(dāng)你探索知識(shí)的邊疆，科學(xué)將是非常有趣的 。”福特是約翰·霍普金斯大學(xué)的物理學(xué)和天文學(xué)教授 。
福特說(shuō)：“其中的一個(gè)邊疆就是宇宙誕生后最初數(shù)億年間發(fā)生的事件 。韋征教授在過(guò)去的很多年間一直在從事對(duì)宇宙黎明時(shí)期類星體和極早期星系的搜尋工作，現(xiàn)在這項(xiàng)工作終于有了回報(bào)：那就是我們現(xiàn)在所看到的這一存在于宇宙誕生后僅僅5億年時(shí)的原始星系 。”他表示：“有了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，我們得以目睹宇宙在其嬰兒時(shí)期的模樣 。然而這個(gè)星系最后將會(huì)演變成和我們銀河系相類似的大型星系 ， 甚至出現(xiàn)行星系統(tǒng) 。對(duì)于天文學(xué)家們而言 ， 這就相當(dāng)于回溯時(shí)間，看到我們銀河系的嬰兒時(shí)期 。”
【天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)可能是迄今已知最遙遠(yuǎn)的星系】
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