距地球135億光年!韋伯拍到最遠星系,是大爆炸后最先形成的

上世紀五十年代,科學家開始利用真正專業的天文觀測設備探索深空,經過了七十多年的發展后,人類對宇宙深度的認知已經比當時上升了幾個台階,在宇宙中能夠探測的范圍也在不斷擴大。

理論上來說,宇宙最大的可觀測半徑大約在465億光年左右,不過因為技術原因,我們遠無法觀測到那里的景象,那麼目前人類能夠觀測到的最遠距離到了哪?

近日,一個國際天文研究團隊利用美國宇航局的詹姆斯.韋布空間望遠鏡,觀測到了目前已知距離地球最遙遠的星系,它在宇宙大爆炸后的3.25億年后形成,發出的光經過135億年的奔波后才到達我們附近的空間。

按照宇宙演化的進程來看, 它幾乎是在宇宙的黎明時刻就誕生了。

我們的宇宙由一個奇點演化而來,當下宇宙的所有物質都曾包含在那個密度無限大,而體積又無限小的點中,在它爆炸的瞬間產生了時間和空間, 最初的宇宙像一鍋沸騰的粥,粒子在高溫中做快速運動又互相融合。

直到發生大爆炸后的30萬年,才開始逐漸形成中性原子,并在引力的作用下聚成密度較高的氣體云塊。

這時的宇宙還是略微混沌的,而我們此次觀察到的星系則正是在這樣的黑暗中孕育,并同其他星系一起發出了第一縷光線, 屬于宇宙中的原始星系,這些星系中的恒星和現在有很大不同,那時的恒星質量和體積更大,釋放的能量也更強。

因此組成的星系也往往會更加明亮,這也使得在上百億光年的距離下,我們仍能觀測到它。

但測量它們的具體距離并不容易,這類星系往往距離地球十分遙遠,常規的測距方法對它們并不適用,在[大尺度]的范圍下, 科學家會采用紅移的度量方法來估計距離,紅移堪稱宇宙間的量天尺,要理解紅移,還要從多普勒效應說起。

聲波的多普勒效應在我們日常中就可以注意到,比如當救護車靠近我們時,鳴笛的聲音聽起來會更加尖銳。而它遠離時,聲音又會逐漸變得低沉,1942年,奧地利物理學家斯琴.多普勒.約翰注意到了這個現象,并發現它和聲波的長短有關。當聲源靠近時,波長和頻率都會受到壓縮,波長變短且頻率變高,反之就會波長拉長,頻率變低,導致聲音出現變化。

后來人們發現,不止是聲波存在多普勒效應,電磁波也一樣。電磁波的多普勒效應表現在光譜的紅移和藍移,我們能夠看到的可見光實際上是復合光,由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成。

比如當我們把太陽光通過三棱鏡折射時,就能看到光的色散,在整個光譜中,紅光的波長最長,紫光最短, 同聲波的多普勒效應一樣,當光源快速向觀測者移動時,光的波長和頻率也會發生變化,靠近時光波變短頻率提高,整體向藍色端移動,反之則光波變長頻率下降,光譜向紅色端移動。

1929年,美國物理學家埃德溫.哈勃在經過長期的觀測研究后發現,那些距離地球很遠的星系幾乎都有紅移現象,并且越遠的星系紅移越明顯,這說明那些星系都在遠離地球,且遙遠的星系遠離速度更快。

星系的遠離速度和紅移值具有線性關系,因此只要測量出紅移值就可以得出遠方天體的退行速度, 再通過哈勃定律就能得出我們與星系之間的距離。

紅移值越大,代表星系的退行速度越快,它們和地球的距離也就越遠。研究人員本次關注的四個具有高紅移值的星系中,有兩個由哈勃望遠鏡發現,它們的紅移值分別為10.38和11.58.這樣的紅移值雖然很大,但還不算最大的。

韋布望遠鏡則發現了紅移值為12.63和13.20的星系,正是后者和地球的距離達到了135億光年,相當于宇宙誕生約3.3億年后發出的光。

此次研究屬于韋伯空間望遠鏡高級系外巡天項目的一部分,這項觀測的有效時長達到了28個小時, 覆蓋了250個遙遠深空中的微弱星系,該團隊將在2023年開展下一組觀測,找到更多遙遠的星系。

找到它們的意義不僅在于突破人類深空探索的極限,更重要的還在于揭開宇宙起源的奧秘。

這些古老的星系能夠帶來宇宙形成初期時的重要信息,通過研究它們,科學家可以進一步了解宇宙年輕時的樣子,并驗證我們現有的一些理論。


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