宇宙演化史上的一个巨大空白终于被天文学家填补上了。

文章作者:管理一号 | 2019-08-13
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最近,国际演化史上的一个巨大空白总算被地舆学家添补上了。运用多台望远镜,他们惊喜地发现了一个躲藏的大型星系群。

国际从诞生至今已有138亿的前史,而这些大型星系在118亿年之前就现已存在了。这是地舆学家们第一次证明,在国际生命周期的头20亿年时刻里有如此巨大的星系群,它们的存在与超大质量黑洞暗物质的分布密切相关。

新发现的陈腐星系的艺术设想图。| NAOJ

这是前所未有的发现,其数量之多与目前对国际那段时期的演化模型相悖。但是,为何我们直到现在才发现如此的庞然大物呢?这是因为,这些星系宣告的光极端微小,连哈勃太空望远镜也对它们束手无策。研讨人员将新的发现宣布在了最近的《自然》杂志上,它标明,或许有90%的大型星系都被我们错过了。这样的定论无疑将激发许多的进一步研讨。

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对地舆学家来说,要证明天空中某个极端微小的光点实际上是一个悠远的星系绝非易事。他们需求运用一些技巧,比方一种依赖于星系宣告的光谱的技巧。

我们知道,恒星会放出非常丰富的光,但构成恒星的氢气所吸收的波长要短于紫外线波段的一些特定部分,因此构成了一个共同的截止(cutoff)光谱。在光线抵达观测者之前,光线会因为国际的膨胀而被拉到更长的波长,然后构成红移。这样一来,截止光就会被推移到光谱中别的位置,比方被推到可见光波段或近红外光波段。经过寻找这种特征,哈勃太空望远镜现已发现了数百个在国际诞生还不到20亿年时就放出光辉的星系。

不过,这项技术存在一个问题,它对更小、更年青的星系非常活络,但是对更大、更老的星系却往往视若无睹。其间一个原因是,较大的星系往往被尘土所笼罩,因此与较小的星系比较,它们反而更加迷糊。

并且这些前期的、更大、更老到的星系含有更多的超新星,超新星爆炸所发作的尘土会吸收大部分的紫外线,然后抹去这种光谱截止。能够说,前期的大质量星系在可见光波段上对地球上的观测者来说是不行见的。

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在新的研讨中,他们找到了一种能将尘土这个宿敌变成盟友的办法,然后发现那些失踪星系的踪影。吸收星光的尘土一定会升温并辐射出更长的红外波长,而这正是研讨人员能够寻找的痕迹。

他们将研讨的规模约束在哈勃望远镜曾以极高的活络度拍照过的三块小小的天空区域,然后运用斯皮策太空望远镜,在中红外波段对这些区域进行扫描。

斯皮策发现了63个候选星系,这便是这些来自东京大学的地舆学家最早初步怀疑这些星系存在的根据。

 

ALMA的部分天线阵列。| Kohno et al.

但是,斯皮策的缺陷是它缺少足够高的空间分辨率来对这些星系进行承认。因此,他们又转向了坐落智利北部沙漠中的ALMA(阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜)的66个天线阵列。他们认为,亚毫米波段是调查前期国际尘土的最佳波段,因此推断ALMA将会是观测这类天体的最理想设备。

他们运用ALMA在较长的远红外光波下对每一个候选星系进行了剖析研讨,最终证明了39个候选星系。这些星系间隔我们太远,因为红移效应,它们所发作的莱曼发射线移出了哈勃望远镜的H波段。而与之前现已拍照的相片比照,也证明了哈勃望远镜确实是看不到这些陈腐星系的,因此,他们将这些星系归类为“H-dropout”。

 

ALMA能看到的陈腐星系(右),而哈勃太空望远镜却无法看到(左)。| Wang et al.

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地舆学家感兴趣于研讨这39个星系怎样有别于我们的银河系。从ALMA和其他望远镜搜集的数据来看,新发现的这些巨大星系均匀约为1万亿个太阳质量。如果我们的太阳系身处这样一个星系中,那么我们在晴朗的夜晚仰望星空时,将会看到一些与银河系形式大相径庭的东西。

首先,夜空会更加壮丽,更大的恒星密度意味着会有更多恒星离我们很近,它们在夜空中会更大更亮。但是,许多的尘土又会导致那些悠远的恒星更加迷糊、更加不行见。因此映入我们眼皮的,很可能是远处巨大的乌黑空间布景上装点许多亮堂的恒星。

所以,这些巨大星系的发现意味着什么?星系越大,其间心的超大质量黑洞也就越大。所以,研讨这些星系及其演化将能揭示更多关于超大质量黑洞的演化秘密。别的,巨大的星系也与暗物质的分布密切相关,它们在描写星系的结构和分布上起着重要作用。

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这样的观测效果向干流理论发起了应战。因为没人能想到国际前期竟能够如此高效地制造出这么巨大的星系。许多地舆学家认为,现有的对星系演化的建模仍必须依赖于恒星构成的近似模型,这或许正是现有理论模型的问题所在。

但因为这是首次发现这样的星系群,因此还需求更多的探索我们才华意识到它们终究意味着什么,未来或许还会有更多的惊喜。新的观测效果证明了ALMA的力气,它们在远红外波段确实具有前所未有的空间分辨率。

1998年,地舆学家曾用夏威夷的一个15米长的亚毫米波望远镜(詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜)发现了一个前期星系。但因为分辨率太之低,他们花费了14年时刻才确认了这个光源。而现在,ALMA只需求不到2分钟的时刻就能够锁定每个新的星系,真的是非常高效了。

红外波段的地舆观测即将带来一场新的地舆学革新,现在,地舆学家们现已初步翘首企盼,期待着像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)这样的地舆台将为我们揭示一个怎样美好的国际。

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