想象力

有线索了!或可发现宇宙中最古老的星系

kiki · 2月17日 · 2020年 ·

一个天文学家发现了一个非常古老的星系团——标记为XLSSC 122,它的光穿过宇宙花费104亿年到达地球。

有线索了!或可发现宇宙中最古老的星系

这是星系团的增强图像,图像来自于NASA。

星系团可以被比作一个巨大的星系城市,一个银河星系,每个星体代表一个独立的,闪烁的结构。正如考古学家可能会寻找地球上最古老的城市的证据一样,天文学家也一直在寻找宇宙中最古老的星系团——每一个宇宙都相当于像耶利哥和乌尔这样的古老文明。

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我很幸运地带领一个天文学家团队发现了一个典型的古老星系团。这个星系团有多老呢?从这个名为XLSSC 122的星系团发出的光要花104亿年才能跨越宇宙到达地球。这张XLSSC 122的合成照片使用了来自于哈勃空间望远镜和欧洲南方天文台一个超大望远镜所拍摄的照片。

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照片中白色的轮廓表明这些星团发射着强烈的X射线(这些X射线由欧洲航天局的多镜X射线探测卫星所捕获)提供这张照片的年轻的天文学家Jon Willis相信宇宙本身已有137亿年的历史,所以一点数学运算告诉我们,我们现在所观测到的是宇宙只有33亿年历史时的XLSSC 122。想象一下,当我们对这个星系团的每一张新照片都显示它的物理结构看起来像我们当今宇宙中的星系团一样的成熟和发达,这当然会使我们感到惊讶,这种情况就像看着你年轻时的照片,照片上的你却比你现在更老。

XLSSC 122在年轻的宇宙中是非常早熟的存在,这也许暗示着宇宙,至少是其中物质最密集的部分,可以形成恒星,聚积成星系,并最终以惊人的速度被吸引入星系团。鉴于使用计算机在目前模型的基础上模拟星系团的聚集比实际缓慢,关于XLSSC122的研究表明,我们目前关于宇宙结构形成方式的观点可能并不完整。

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发现星系团

当我第一次看到XLSSC 122,它就是欧洲航天局X射线天文台拍摄的一张X射线图像上普通的光子集合。尽管观测距离很远,我们还是能观测到潜在于一个巨大星系团引力场内的高温气体云——它的温度达到一千万K(九百九十万摄氏度或一千八百万华氏度)。

但是CFHT拍摄的可见光图像却揭示没有星系团和这个 X射线源有关联。这个有趣的发现意味着我们发现了一个红移非常大的遥远星系团。基于这个发现,我们继续用欧洲南部的巨型天文台获取了这个待定星系团的图像。这张红外摄像仪拍摄的图像显示出标志着遥远星系团的红色物质,但是无法确定它的距离。

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哈勃望远镜确定了这一发现。分析结果显示XLSSC 122可能是迄今发现的最遥远的星系团,这要归功于哈勃望远镜的观测能力。鉴于哈勃望远镜十分之一的成功率,这也成为了它的一个巨大成就。

虽然哈勃望远镜已经有近三十年的历史了,但他仍然是一个优秀的天文设备。和地面观测站对星系团XLSSC 122 的模糊图像相比,哈勃望远镜的成像可以说是很清晰了。虽然我成为专业天文学家已经20年了,但是见到哈勃望远镜对星团成像的那一刻却依旧是很独特的一刻。从星系颜色和光谱中可以很清晰的看出来xlssc 122离地球十分遥远:它在红移为2的地方,这意味着它发出的光需要104亿年才能到达地球。

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模拟星系

像XLSSC 122这样的星团怎么融入我们对宇宙结构的更广泛理解?计算机模拟让天文学家可以重建早期宇宙中不规律的物质分布从而追踪重力,因为重力把密度更大的区域吸引到大星团中,而重力又使密度更小的区域变得越来越稀疏。天文学家们可以在这些模拟中识别与XLSSC 122具有相同特性的星团。同时由于这些模拟更像是一部关于宇宙的影片,我们可以快进到现在的时刻。当我们模拟XLSSC 122时,我们发现它将成为宇宙中最庞大的星团之一,甚至可以和我们在宇宙中的最新发现科玛星系团媲美。同样的模拟也表明XLSSC 122可能在我们观测到它的几十亿年前只作为星系团存在。

神秘隐藏于此,对组成XLSSC 122星系的星光的研究表明,它们的历史已经超过10亿年,也许已经高达30亿年了。此外,它们似乎几乎同一时间开始形成恒星。但是,由于这一切早发生在这些星系聚集在一起形成XLSSC 122之前,我们还存有一个问题,那就是在早期宇宙中究竟是什么导致它们以如此同步的方式形成恒星?

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幸运的是,我们对下一步该怎么做有了一个很好的想法。NASA(美国国家航空和航天局)计划在2021年3月发射詹姆斯.韦伯太空望远镜,我们已经在计划瞄准XLSSC 122。韦伯太空望远镜将会收集比哈勃多六倍的光,并将用许多灵敏仪表去分析那光。我们的目标是使用高分辨率红外光谱来极大的提高我们对于组成XLSSC 122的星系的恒星年龄的认识,并弄清这一非凡星系早期的生命故事。

概要:一支天文学家团队发现了一个星系团,它的光要通过104亿年的时间才能穿越宇宙来到我们身边。

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相关知识

一个星系是由恒星,恒星残余物,星际气体,尘埃和暗物质组成的引力束缚系统。1. 星系这个词来自于希腊语galaxias, 字面意思是“乳白色的”,也就是银河的援引。星系的大小从侏儒到几十亿颗恒星,到一百兆颗恒星,每一颗都围绕着银河系的质量中心运转。星系根据其视觉形态分为椭圆形,螺旋状或者不规则形。许多星系被认为在它们的中心有许多超级黑洞。银河系的中心黑洞人马星座A*,质量是太阳的四百万倍。2016年3月,GN-z11是最古老的也是距离地球最远的隔了320亿光年距离的能观察到的星系,并且观测到在大爆炸之后,它仅仅存在了4亿年。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.EarthSky Voices-Mia,Jedi,核桃,假老练,Someone like you

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