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哈勃深场新水平:分析1600个星系的距离和性质

【博科园-科学科普】自1990年部署以来,哈勃太空望远镜已经给我们提供了一些最丰富和最详细的宇宙图像。在2003年9月至2004年1月期间,这些照片中的许多照片都是在福纳克斯星座天空中拍摄的。这个被称为哈勃超深场(HUDF)的区域,包含了大约1万个星系,这些星系大约在130亿年前就存在了。

哈勃超深场图像(HUDF)。图片版权:NASA/ESA/S. Beckwith (STScI)/HUDF Team

在这个空间的区域,多组天文学家在ESO的超大望远镜(VLT)上使用缪斯仪器,发现了72个前所未见的星系。在最近公布的10项研究中,这些研究小组指出了他们如何测量了超深领域1600个非常暗的星系的距离和特性,揭示了早期宇宙中恒星形成和星系运动的新信息。

最初的HUDF图像,于2004年发布,是天文学和宇宙学的一个重要里程碑。所观察到的数千个星系的年龄在大爆炸后不到10亿年,从40到8亿年不等。这一区域后来被多次使用哈勃望远镜和其他望远镜观察到,这也是迄今为止对宇宙最深的观测。

一个这样的望远镜是欧洲南方天文台(ESO)非常大的望远镜,位于智利的帕拉纳天文台。对HUDF的研究的本质是多单元光谱探索者(MUSE),这是一个在可见波长范围内的全景集成场摄谱仪。正是这一仪器所积累的数据,使72个新星系得以从这个狭小的天空中被发现。

由里昂(CRAL)中心的罗兰·培根(Roland Bacon)和国家科学研究中心(CNRS)领导的MUSE HUDF调查小组(MUSE HUDF Survey team)包括来自多个欧洲天文台、研究机构和大学的成员。他们共同制作了十项研究,详细描述了对1600个HUDF星系的精确光谱测量。

这是一个前所未有的成就,因为这是过去十年中使用地面望远镜进行类似测量的许多星系的10倍。正如培根在ESO新闻稿中所指出的:缪斯可以做一些哈勃不能做的事——它将图像中的每一个点的光分解成不同的颜色来创造光谱。”这使我们能够测量我们所能看到的所有星系的距离、颜色和其他属性——包括一些不可见的哈勃本身。

在这次调查中探测到的星系比以往调查中的任何星系都要弱100倍。考虑到它们的年龄和它们非常暗淡和遥远的性质,对这些1600个星系的研究肯定会增加任何已经很丰富的观测领域。反过来,这只会加深我们对星系在过去13亿年间形成和演化的理解。

这72个新发现的星系被称为lyman - alpha发射器,这是一个非常遥远的星系,在莱曼-阿尔法光中只能探测到。这种辐射是由激发氢原子发出的,被认为是正在进行的恒星形成的结果。我们目前对恒星形成的理解不能完全解释这些星系,而且它们在最初的哈勃图像中是不可见的。

由于缪斯能够将光分散到其成分颜色中,这些星系变得更加明显。作为莱顿大学和波尔图大学天体物理与空间科学研究所的天文学家,同时也是其中一篇论文的主要作者,Jarle Brinchmann描述了这项调查的结果:

缪斯有独特的能力来提取宇宙中最早的一些星系的信息——即使是在已经很好的研究的天空中。我们了解到有关这些星系的东西,只有光谱,比如化学成分和内部运动——不是星系,而是所有的星系。

这项调查的另一个主要发现是对早期宇宙中星系周围发光的氢晕的系统检测。这一发现将给天文学家一个新的、有希望的方法来研究物质是如何在早期星系中流动的,这是早期恒星形成和星系演化的核心。培根和他的同事所做的一系列研究也表明了一系列其他的可能性。

这些研究包括研究在宇宙的具体化过程中,暗星系的作用,这一时期发生在大爆炸后的1.5亿年到10亿年之间。在这段时间里,在“黑暗时代”(38万到1.5亿年前)中,第一批恒星和类星体形成并在早期宇宙中产生了电离辐射。正如罗兰·培根所解释的那样,最好的可能还会到来:

值得注意的是,这些数据都是在没有使用MUSE最近的自适应光学设施升级的情况下拍摄的。在ESO的天文学家和工程师们经过十年的密集工作之后,AOF的激活预示着未来将会有更多的革命性数据。

甚至在爱因斯坦提出了他的关于广义相对论的开创性理论之前,科学家们就已经了解到,深入宇宙领域的探索也要追溯到更远的时代。我们能看到的越远,就越能了解宇宙是如何在数十亿年的时间里演化的。

知识:科学无国界,博科园-科学科普

参考:ESO

作者:Matt Williams

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