哈勃等发现宇宙黑暗时代边缘的超遥远星系

2012.9.19：美国宇航局（NASA）的两个空间望远镜——哈勃太空望远镜、斯必泽红外望远镜，结合引力透镜效应，协同发现了迄今最遥远的星系。137亿年前宇宙大爆炸后仅仅5亿年，年轻星系的光就出发了，今天刚刚抵达轨道望远镜。这个遥远的星系生存于早期宇宙的一个重要时期：脱离黑暗时代。在该时期，宇宙从毫无星光的黑暗混沌时代逐步演变为充满星系的光明时代。发现如此暗淡的微型星系，就是开启了一扇了解最幽远宇宙的窗口。

哈勃拍摄的已知最遥远星系。图的左方，是超星系团MACS J1149+2223（数字代表巡天系统中的相对方位）中的各种星系。超星系团的强大引力透镜效应，使新发现的最遥远星系——MACS1149-JD，增亮了约15倍。右上图为后者所在天区的放大图像，而右下为深度放大的图像。大图下载：3.5MB，版权：NASA，ESA，CLASH团队，本文原作者，下同。

美国宇航局（NASA）的两个空间望远镜——哈勃太空望远镜、斯必泽红外望远镜，结合宇宙的引力透镜效应，协同发现了迄今最遥远的星系。137亿年前宇宙大爆炸后仅仅5亿年，年轻星系的光就出发了，现在刚抵达轨道上的太空望远镜。

这个遥远的星系生存于早期宇宙的一个重要时期：脱离黑暗时代。在该时期，宇宙从毫无星光的黑暗混沌时代逐步演变为充满星系的光明时代。发现如此暗淡的微型星系，就是开启了一扇了解最幽远宇宙的窗口。

研究报告首席研究员、巴尔的摩市约翰?霍普金斯大学天文物理系的郑玮解释说：“我们有足够的精度把握，发现的该星系是迄今最遥远的天体。我们将继续研究此星系，我们还希望发现更多的类似天体，以了解最早期的天体是怎样的，宇宙黑暗时代是如何结束的。”报告已经刊登在最新的《自然》期刊上。

新发现的最遥远星系图像及其放大图像

来自该原始星系的光在宇宙中旅行了132亿年才到达哈勃和斯皮策望远镜。或者说，与当前的宇宙年龄相比，该星系所在的宇宙仅相当于当前年龄的3.6%。从专业角度说，它的红移值（z）=9.6。红移表征因为宇宙膨胀，光线向长波方向移动的幅度。天文学家用红移区分遥远天体的距离。

与此前该距离段的星系候选者仅在单一波段看到不同，新发现的星系在5个不同的波段都可以观测到。作为"星系团引力透镜和超新星哈勃巡天项目"（CLASH）的一部分，哈勃太空望远镜在四个近红外波段（F110W-F160W）观测到该星系；而斯皮策空间望远镜在第五个中红外波段（4.5μm）观测到它。因此本发现有着坚实的观测基础。

PDF中对遥远星系红移值的拟合

如此极端遥远的天体，早已超出了当前最大望远镜的观测能力。要获得这么早期的遥远星系的信号，天文学家只能靠引力透镜效应了。一个世纪前，阿尔伯特?爱因斯坦指出，前景天体的引力能弯曲和放大背景天体的光。位于我们和新发现星系中间的超级星系团，使这个遥远天体增亮了近15倍，让我们得以看到它。

基于哈勃和斯必泽的观测数据，天文学家认为当我们看到该遥远天体时，它还不到2亿岁。它又小又密，质量仅约银河系的1%。根据当前的主流宇宙理论，第一代原始星系本该是小型的，然后它们通过持续的合并、吸积，最终长大为当前的巨型星系。

前景超星系团MACS J1149+2223，它的z=0.544，相当于53亿光年。大图下载：14MB。

这些第一代星系看来在宇宙再电离阶段扮演了主要角色，再电离意谓着宇宙黑暗时代的终结。宇宙大爆炸后约38万年，随着宇宙温度的降低，等离子体结合为原子（主要是电子和质子结合为氢原子），黑暗时代开始；其后约1~2亿年，随着第一代恒星和它们所在的第一代星系的形成，光明重新照亮了宇宙，黑暗时代终结。最早星系辐射中的紫外线，再次电离了弥漫宇宙的氢原子为电子和质子，此过程称为再电离。再电离后的等离子体，自此一直维持到现在。

报告合作者、NASA喷气推进实验室（JPL）研究员Leonidas Moustakas解说道：“本质上，随着再电离的进行，光在宇宙中变得畅通无阻。”JPL隶属于加利福利亚州帕萨迪纳市的加州理工学院。

天文学家计划使用哈勃和斯必泽的继任者——预计将于2018年发射的詹姆斯?韦伯空间望远镜（JWST），继续研究第一代恒星和星系的兴起以及再电离时代。新发现的遥远星系将可能成为主要观测目标。

哈勃太空望远镜（HST）是NASA和欧洲空间局（ESA）的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔市的NASA戈达德太空飞行中心，负责管理HST。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科研所（STScI），管理、实施HST的科学操作，也是JWST的科学任务操作中心。STScI由NASA投资运营，并隶属于华盛顿特区的全美大学天文研究联合会（AURA）。