哈勃再创最远星系距离纪录

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2015-10-19 08:56:22 | 作者:Ray Villard等 | 来源:哈勃官网 | 浏览:4297次 ]

原文标题:Astronomers Set a New Galaxy Distance Record

原文作者:Pascal Oesch,Pieter van Dokkum,Rychard Bouwens;Felicia Chou,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2015.5.5

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2015.5.5:宇宙大得不可思议,但是天文学家是如何知道距离的?哪家店里也没有百万公里级别的尺啊。取而代之的,天文学家用宇宙膨胀本身作为测量的里程碑。来自遥远天体的光,随着空间如橡皮筋般膨胀,光波变长(能量)变弱,结果就是看上去,同样温度的两颗恒星,遥远恒星比邻近的恒星更红。当星光展开为各色光谱,其特征光谱就会向红端移动——“红移”。红移能可靠地校准(遥远的)距离。但挑战是,最遥远的天体的特点就是极为暗淡,光谱分析已无法工作(能收集到的光子太少了)。取而代之的,天文学上采用的是比较遥远星系的光学和红外光图像,该技术已经发现了最遥远天体的候选者。

哈勃获得的超远距星系图像,大图:2.3MB。版权:NASA,ESA,研究者团队,下同。

本图由哈勃高级巡天相机(ACS)和第三代广域相机(WFC3)的数据组合而成,伪彩配色如下:ACS,606纳米(nm)的红光波段,蓝;WFC3,1.25微米的J波段近红外光,绿;1.60微米的H波段近红外光,红。研究用的深空数据来自哈勃大型科研项目——宇宙近红外超深空组合河外星系遗产巡天(Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey,CANDELS)。右上的放大图为软件处理后的卷积效果图(因星系本身只占据1个像素点,译注)。

由耶鲁大学和加州大学科学家领衔的国际天文学家团队,已经把宇宙最早期的星系探测前推到138亿宇宙年龄的最初5%阶段。通过组合美国宇航局(NASA)的哈勃太空望远镜、斯皮策(Spitzer)红外空间望远镜,以及夏威夷W.M.凯克天文台10米口径望远镜的数据,团队发现了一个存在于130亿年前的异常明亮星系,并确定了它的准确距离(PDF报告中,红移z=7.730,此前确认的纪录是7.50)。观测确认它是当前测量过的最遥远星系,创了新纪录(最近2年的报道中还有多个红移>8的,但是这些星系都未获得光谱,所以红移值是估计的,译注)。该星系存在于如此原始的过去,它大概只有1亿岁。

该星系编号EGS-zs8-1,最初因其特别的颜色而从哈勃和斯皮策图像中被发现,是早期宇宙中最亮最大的天体之一。研究报告首席作者、康乃狄克州纽黑文市耶鲁大学的Pascal Oesch解说:“它才长到的我们银河系质量的15%,但要注意,当时的宇宙极为年轻,它最多也只有6.7亿年去成长。”(此时宇宙年龄才这么长,译注)新观测还表明EGS-zs8-1的制造恒星速度极快,约为当前银河系每年诞生恒星质量的80倍(相当于每年形成80个太阳质量的各类恒星)。

在如此早期的宇宙环境中,当前精确测量过距离(红移)的星系极少。研报第二作者、耶鲁大学的Pieter van Dokkum对此解释道: “每一个精确测量的星系距离,都为第一代星系如何形成的拼图增加了一块碎片。只有当今最大最灵敏的望远镜才能探测如此遥远的距离”。本发现能够确认,必须感谢凯克天文台I号望远镜上安装的多目标近红外光谱探测仪(MOSFIRE),它能同时观测研究视场中的多个目标。

测量极遥远星系的距离并描述它们的特征,是下个十年的天文学主要目标之一。观测到的EFS-zs8-1正处于宇宙一个非常重要的相变阶段:星系间的氢从(对紫外光)不透明变得透明。研究报告合作者、荷兰莱顿(Leiden)市莱顿天文台的Rychard Bouwens接着解释:“似乎像EGS-zs8-1这样早期星系中的年轻恒星的强烈辐射,是透明的主要动力,这就是再电离阶段。”

哈勃、斯皮策和凯克的强强联手,让我们得以一瞥婴儿期宇宙的性质。它们确认,在宇宙的早期历史中,大质量星系就已出现,但它们的特征与当前宇宙中看到的星系明显不同。天文学家现在有了确凿证据表明,在斯皮策图像中发出特定波长光谱的早期星系,发源于从氢云中迅速形成年轻大质量巨星的原始星系。

这个新发现预告了当2018年詹姆斯·韦伯红外空间望远镜(JWST)升空后能够带来的激动人心的发现。除了能把研究前沿推到更早期宇宙外,JWST还能仔细分析EGS-zs8-1这样星系的红外光谱,提供洞悉它们气体特征的详尽细节。团队成员,加州大学圣克鲁兹分校的Garth Illingworth总结道:“我们当前的观测表明,未来借助JWST精确测量这些遥远星系是非常容易的事情。即将来临的韦伯望远镜的观测结果,将为我们展现宇宙黎明时,包含丰富细节的星系诞生全貌。”

研报的2个说明插图,对遥远星系的分析。说明较长,见正文。

上图为该星系各个波段拍摄的图像,比题图中包含的波段更多,606、814纳米,1.05、1.25、1.60微米的图像由哈勃获得,最右方的两个3.6、4.5微米红外波段,由斯皮策红外空间望远镜获得(图像分辨率较低)。显然,越是在红外波段,该星系的存在感越强。上图下方为分别对应7.7的超远距红移(约130亿年前)和1.8的远距离红移(约100亿年前)的拟合图,可见7.7红移的误差均方差明显小得多。下图为凯克获得的光谱的一部分,图中的灰色代表各种干扰造成的不确定性,在1.05微米波段光谱并不明显(哈勃在对应的1.05微米波段没有明显的星系图像),但1.061微米处有明显的尖峰,对应红移7.7的氢Ly-α线(从能级2落向能级1的基态时发出的远紫外光,波长121.6nm)。

2015.5.5,团队研究报告发表在《天体物理学通讯期刊》的在线版上。

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