哈勃再破最远星系的距离记录

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-03-10 21:53:49 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:2846次 ]

原文标题:Hubble Team Breaks Cosmic Distance Recorde

原文作者:Pascal Oesch,Gabriel Brammer,Garth Illingworth;Felicia Chou,Ann Jenkins,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2016.3.3

翻译:gohomeman1  审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.3.3:美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜是一架令人惊奇的时间机器:天文学家用它观测更遥远的宇宙,就能在事实上回溯更早的过去。现在,通过把哈勃望远镜的能力发挥到极致,一个国际科学家团队再次打破了我们观测到的最远星系的距离记录:它发现了134亿年前、编号GN-z11的超亮幼年星系。这个星系存在于宇宙大爆炸后仅4亿年,当时的宇宙年龄只有当今138亿岁的3%!随着光谱分析确认其红移高达11.1,该星系的距离更是比原先预想的还要远。它所存在的时代,比科学家确信的最早的第一代恒星形成的时间,仅仅相差2~3亿年。它的质量已经达10亿个太阳,在如此早期的年代,其制造恒星的速度必须很快。这个距离记录很可能将保持到哈勃的继任者——詹姆斯•韦伯望远镜发射以后,后者将能观测更遥远的早期星系。

哈勃拍摄的GOODS-N场,图中标出了GN-z11的位置。哈勃巨图:196MB,版权:NASA,ESA,STScI;研究者团队,下同。

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),具体天区是位于北天大熊座的大型空间望远镜协作巡天项目[GOODS]北部场(North),所以该星系编号为GN,而z是红移的符号缩写。天区坐标:赤经12时36分25.46秒,赤纬62°14' 31.4"。图像分别由哈勃的高级巡天相机(ACS)的广域通道(WFC)和第三代广域相机(WFC3)的近红外通道(IR)拍摄,配色如下:ACS,475nm(纳米)的蓝光、606nm的红光,蓝;814nm、850nm的近红外光,绿;WFC3,1.25微米、1.60微米的近红外光,红。

研究团队首席研究员、康乃狄克州纽黑文市耶鲁大学的Pascal Oesch解说:“我们在回溯宇宙历史上取得里程碑式进步,甚至超过了我们对哈勃的预期!我们发现的GN-z11星系存在于宇宙年龄仅为当前3%的极早期。”团队成员包括耶鲁大学、加州理工学院圣克鲁兹分校和马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)的天文学家。

天文学家已经逼近发现宇宙中的第一代星系,哈勃的新发现把天文学家带到了曾被认为只有即将发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)才能抵达的探索领域。

本次测量提供了过硬的证据,说明哈勃图像中个别未曾预料的明亮星系,是极早期宇宙中的极遥远星系。先前,团队已经通过哈勃图像和NASA的斯皮策(spitzer)红外空间望远镜的观测,根据其颜色估计过GN-z11的距离。现在,为证实这是第一个处于如此遥远距离的星系,团队使用哈勃的第三代广域相机(WFC3)对GN-z11的光谱进行了精确的测量分析。

哈勃新纪录与此前纪录的对比,横坐标是时间,其中两个z值下方的英文,意思是宇宙再电离时期,右方英文依次为第一代恒星?宇宙黑暗时期、宇宙大爆炸。大图:686KB

天文学家通过“红移”表征大尺度距离,这是宇宙膨胀的必然结果:由于空间的膨胀,在其中传输的光波会变长,越远的天体,经过的时间越长,波长变得越长,或者说波长向红端移动,这就是宇宙中普遍的红移现象。(译注:在很小的红移,可认为红移与距离成线性正比;但当红移大于0.5以后,不能再以线性推导,但正比例关系持续;宇宙背景辐射的红移>1000,它离宇宙大爆炸约38万年)

研究报告第二作者、STScI的Gabriel Brammer接着解释: “我们的光谱测量揭示,星系的距离甚至比我们最初预想的更远”。

在天文学家确定GN-z11的距离之前,最遥远星系的光谱记录为红移z=8.68,相当于约132亿年前。现在,团队确认GN-z11的红移为11.1,相当于134亿年前,把离宇宙大爆炸(Big Bang)的时间又推近了2亿年。团队成员、耶鲁大学研究员Pieter van Dokkum继续解说: “这是哈勃的又一个非凡成就,它努力打破了大得多的地面望远镜保持了数年的距离记录。这个新记录很可能将保持到詹姆斯·韦伯望远镜发射以后。”

通过哈勃太空望远镜和斯皮策红外空间望远镜的组合图像分析,GN-z11的直径约为银河系的1/25,其恒星质量仅为银河系恒星的1%。但是,新诞生的GN-z11成长极快,约为银河系当前速度的20倍。这使得这个如此遥远的星系有足够的亮度让天文学家发现,并能让哈勃和斯皮策进行精确观测。

原始光谱红移示意图,原先位于紫外波段的Ly-α线红移到红外波段,所以在606nm、1.25微米波段都看不见、1.6微米才看见星系图像。大图:304KB

研究结果揭示了极早期宇宙性质的令人惊讶的新线索。团队成员、加州大学圣克鲁兹分校的Garth Illingworth补充道:“我们当前的观测表明,一个星系仅在最早的第一代恒星诞生之后2~3亿年就长得如此之重,实在令人惊讶。它必定成长得很快,以很高的速度制造恒星,才能如此迅速地形成有十亿个太阳质量的星系。”

这个新发现预告了当2018年詹姆斯·韦伯空间望远镜升空后能够带来的激动人心的成果。Oesch感慨:“哈勃和斯皮策已经抵达韦伯的观测领域,” Illingworth总结道:“本次新发现意味着,即将来临的韦伯望远镜毫无疑问将发现大量刚刚形成的同类年轻星系。”

本发现还对NASA计划中的广域红外巡天空间望远镜(WFIRST)项目具有重要影响,WFIRST的设计能力就是发现数千个这般明亮的极遥远星系。

团队研究报告发表在2016.3.8出版的《天体物理学报》上。

 

译注:一年前同一首席作者的团队(多数成员与本次发现相同),发现了红移z=7.73的遥远星系,详见:http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-13152-1.htm

PDF插图,同一光谱三个不同红移值的误差比较。红线z=11.09的平方差值,明显小于z=2.1的蓝线,更远小于z=2.5的绿线。

Tags:CANDELS GOODS GN-Z11 星系 距离

责任编辑:gohomeman1

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