哈勃破宇宙距离记录 研究进一步接近大爆炸

多亏了好运，科技和人类的聪明才智的不可思议的结合，哈勃望远镜已经识别，测量并确认了宇宙中的一个遥远星系——类似于宇宙大爆炸——是史无前例的。在宇宙膨胀之前，星系间的空间结构也在随着时间的推移而膨胀，星系离我们越远，它散发的光在到达我们眼睛之前，多普勒红移就越大。

（GN-z11（又名婴儿星系）是目前人类已知最遥远的星系。

有先前的说法说道，宇宙中人类所知的最遥远的星系是EGS8p7，在到达我们的眼睛之前，它的光线的多普勒红移指数达到了8.63。这告诉我们这些光线是来自132.4亿年以前的：当宇宙才只有0.573亿年的历史的时候，也就是它目前年龄的4%。但是这个记录已经被打破了，新的记录是一个由科学家组成的国际组织用哈勃太空望远镜发现的。

（哈勃太空望远镜。图片来源：tech）

新纪录的保持者拥有巨大的11.1的多普勒红移系数，意味着这些光线的历史更加的久远：在134.0亿年前散发出来——当宇宙只有0.407亿年的历史的时候，比任何其他可见星系都更加接近大爆炸的时间。项目的主要负责人帕斯卡·奥施说道：“我们已经在时间上后退了一大步，这远远超出了我们预期的能用哈勃望远镜所做到的事情。我们发现了在宇宙仅仅只有其当前历史的3%时期的GN-z11星系。这个时候，你需要的不仅仅是高超的技术，还需要很好的运气能够用哈勃望远镜看见如此久远的星系。”

哈勃望远镜用光谱证实了迄今为止宇宙最遥远的星系。

在技术层面，我们知道在如此遥远的距离，只有足够明亮的星系才能够被看见，因为表观亮度会随着到光源距离的加倍而减弱。最亮的光是由最热最大的恒星产生的，与此同时，它们不仅显著地向外辐射着紫外线，其电离氢原子可导致氢原子中最亮能量最高的跃迁：Lyman-αline (莱曼阿尔法线），其波长只有121.567纳米，远远低于400-700纳米的可见光范围。当你观察得越来越远，红移就会起作用，这就意味着这条光线会从可见光变为红外线，进入到一个新的波长范围：121.567*（1+11.1），其中11.1是红移，即1471纳米。

（众多的天文学理论一致认为，宇宙来源于150亿年前的“创世大爆炸”。

哈勃装备着一个光谱仪，意味着它可以将光线分割为单个的波长，并测量出其最长的波长——这是哈勃在最近一次任务中升级得到的全新功能——直到1600纳米！该问题的研究者——科学家皮耶特·范·多库姆阐述道：“这是哈勃的一个非凡的成就，它靠巨大的地基望远镜成功地打破了先前所有保持了好几年的距离记录。这个新纪录很可能会保持到James Webb Space Telescope（韦布空间望远镜）的发射。”

（哈勃继任者詹姆斯韦布望远镜。图片来源：bolide.）

但这仍然需要好的运气。大多数遥远的宇宙星系都充满了中性物质，或者是未被电离的气体。

（宇宙历史示意图，再电离是亮点）

为了让整个宇宙对紫外线和可见光波长的光都变得透明，就是当光穿过遥远的宇宙的时候，它需要被电离，正如中性原子会阻挡可见光一样，宇宙中的灰尘也会遮挡住我们从地球到银河系中心的视线。但这需要好几代恒星的作用，为了让这种情况发生，它们需要辐射出大量的紫外线。这仅仅需要一次好运，这个星系——在如此宏伟的距离和红移之下——恰好存在于一个绝大多数物质都沿着视线经历了所有恒星的形成的地区，并且在我们看来是十分清晰且已经电离了的。

下一个天文学界的先锋者将会是James Webb 太空望远镜（韦布太空望远镜），它可以通过可见光，近红外波段，中红外波段，在即使宇宙还没有被重新电离的地方，来探测这些在遥远的星系和红移的恒星。这项新记录将会一直保持到很久之后，因为像这样的意外新发现不太可能会出现第二次。这个星系比银河系小得多，但依旧拥有超过10亿的恒星，其中包括一批数目庞大的发热发光的年轻蓝色恒星。同样参与到这项研究的科学家加斯·伊林斯沃斯说到：“在第一批恒星开始形成后，一个如此巨大的星系仅仅存在了2到3亿年，这着实令人感到惊奇。它需要快速地成长，以巨大的速度产生恒星，这样才能迅速地形成10亿倍太阳质量的星系。这个新发现说明韦布太空望远镜的确可以发现很多在第一个星系形成时期的如此年轻的恒星。

理论上讲，最早的星系应该在红移系数为15-20的时候形成，甚至可能还形成于更早时期。下面是一个星系的红移系数，光到达时间，大爆炸后的形成时间，以及现在距离我们的距离，仅作参考：

这是一个很神奇的发现，也是一个存在的神奇时刻，但我们的工作还远没有完成。我们已经越来越深入到大爆炸附近了，但我们仍然没有找到第一个恒星和第一个星系所在的极限。随着科学和技术的进步，我们的研究已经深入到了前所未有的地步，或许在未来的十年之内，我们会在宇宙中真正意义上地找到那第一道光，并对“我们究竟从何而来”这样的问题有更深刻的理解。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. Ethan Siegel Senior Contributor-洛冉