哈勃发现早期宇宙中大量小而暗的星系

2014.1.7：天文学家长期以来一直怀疑，早期宇宙中存在大量小而暗的星系，它们是存在于当今宇宙中的大部分恒星的制造地。最近，哈勃在早期宇宙的紫外光深度曝光图像中，终于发现了它们。这些小星系的数量，百倍于我们此前探测到的那个时代的大质量同胞。

在Abell 1689星系团的背景星系中发现的大量暗星系。大图：4.7MB，版权：NASA，ESA，STScI，下同。

美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜拍摄的新图像，终于揭示了当今尚存的大部分恒星的制造星系。这些极遥远宇宙中的星系又小又暗，但数量极大，它们在哈勃紫外光深度曝光图像中显形。

这58个年轻的小星系存在于100亿年前，正处于孕育恒星的全盛期。新发现的星系数量，是它们大质量同胞的100倍以上，但它们比此前深度巡天中发现的早期星系同样暗淡了100倍以上。

2014年1月初，第223届全美天文学大会带华盛顿特区召开，研究结果在大会上公开（类似的哈勃观测结果有好几个，译注）。

通常，这些星系都太暗了，无法被哈勃看见。为此，天文学家借助宇宙中的天然放大镜——超巨型星系团Abell 1689的引力透镜效应。 星系团强大的引力弯曲了时空，使后方的遥远星系的光弯折并变亮。

研究团队领队、加州大学河滨分校的Brian Siana解释说：“我们担心的是只发现了遥远星系中最明亮的那些。最明亮星系就像冰山露出水的尖顶。我们相信，大部分恒星诞生于那些早期宇宙中通常看不见的（暗淡）星系。而现在我们发现了那些‘隐藏’星系，我们确信看到了冰山的水下部分。”

 

暗星系集锦图（蓝色的光弧、光点），大图：10.5MB。

Siana团队相信，他们完成了宇宙年龄大约34亿年时的星系普查。假如这个样本能够代表早期宇宙宇宙该阶段的整体，那么显然绝大多数的新生恒星诞生于这些小星系中。团队成员、科学报告首席作者、同在加州大学河滨分校的Anahita Alavi介绍说：“虽然这些星系非常暗淡，但它们数量极大，意味着该阶段的大部分恒星形成要归功于它们。”

发现这些小星系同样也为该观点提供了支持：小星系中的炽热恒星提供了足够辐射电离氢原子中的电子。这个过程称为“再电离”，发生在大约130亿年前，就在宇宙大爆炸后头一个十亿年中。再电离使宇宙对（紫外）光变得透明，让天文学家能够看到遥远（早期的）宇宙。Siana继续解说：“虽然我们样本中的星系离再电离时期还差了一、二十亿年，但从它们可以合理推测，类似的星系在再电离时期扮演了重要的角色。”

这些天体与我们附近宇宙中主流的椭圆星系、旋涡星系明显不像。Alavi补充说：“引力透镜扭曲、拉伸了遥远星系的外形。没有引力透镜，它们在哈勃图像中仅是一个点源。我们现在有了关于星系大小的想法，而这本来是不可能的。”对哈勃图像的分析显示，这些星系小而不规则。仅有几千光年长。既使这些星系完全长大，它们的质量也仅为银河系的1%～1/10。因为它们正处于疯狂形成恒星的星暴期中，星系的光由幼年恒星的紫外光所主导。

研究团队使用哈勃的第三代广域相机（WFC3）在紫外波段搜寻这些暗淡的恒星诞生期星系，此波段是恒星诞生的示踪波段。这些星系存在于宇宙尚处于恒星诞生的“婴儿房时期”，离现在有90～120亿年远。

巨型星系团Abell 1689，其中275、336nm的紫外光，正好是氢Lyman-α线红移1.5、2.0时所在的波长。图像标尺：100万光年；大图：42.0MB。

Alievi强调说：“我们的目标并不仅是发现大量的星系，而是还要发现更多的暗淡星系。”

G通过引力透镜星系团对背景星系进行深度巡天观测将使用哈勃新的三年观测时间，项目称为“（科学）前沿场”。科学家将借助哈勃榨尽6个巨型星系团的放大能力，搜寻生存在120～130亿年前的（第一代）星系。

这些通过引力透镜发现的星系将是NASA的詹姆斯?韦伯空间望远镜（JWST）的主要观测目标，JWST工作于红外波段，计划于2018年发射。通过光谱分析，JWST将了解每个星系的恒星诞生信息和化学成份。

译注：
哈勃官网新近更新了大量新闻，基本都是2014年1月初的全美天文大会上公开的新发现或观测，但因译者时间有限，最近又生病，只能请读者多等待一段时间了。