ASC科研探索：天文学家确定了距地球最遥远的星系

早期宇宙中的一个发光的红色物体已被确定为迄今为止发现的最遥远的星系。

天文学家发现，这是一个在大爆炸后仅 3.3 亿年就存在的星系。

它微弱的光线因宇宙膨胀而被拉长，必须行进 135 亿光年才能到达地球上的我们。

发现者将星系命名为 HD1，它代表了一个谜。科学家们并不完全确定这个星系是什么：它是一个星暴星系，正随着恒星的形成而活跃，还是一个类星体，其中心有一个巨大的、活跃的超大质量黑洞。

如果是后者，那么在宇宙眨眼后不久，黑洞就增长到超大质量，这对黑洞的形成和演化模型提出了挑战。

哈佛和史密森尼天体物理学中心的天体物理学家法比奥·帕库奇说： “回答有关如此遥远的源的性质的问题可能具有挑战性。”

“这就像一艘船在遥远的岸边，在大风和浓雾中，从它所悬挂的旗帜中猜出它的国籍。人们可以看到旗帜的一些颜色和形状，但不是全部. 归根结底，这是一场分析和排除不可信场景的漫长游戏。”

探测早期宇宙中的物体非常困难。即使是整个宇宙中最亮的物体类星体，在广阔的时空范围内也会变得暗淡，以至于我们最强大的望远镜难以拾取它们的光。

HD1 是作为在宇宙开始时发现星系的调查的一部分而发现的，其结果在《天体物理学杂志》上接受发表的论文中有详细说明，也可在 arXiv 上获得。

对 HD1 和几乎同样遥远的第二个星系 HD2 的分析已被英国皇家天文学会月报接受，它也可以在 arXiv 上找到。

该调查使用了四台强大的光学和红外望远镜：斯巴鲁望远镜、VISTA 望远镜、英国红外望远镜和斯皮策太空望远镜。在他们之间，他们花费了超过 1200 小时的观察时间，凝视着宇宙黎明，寻找早期宇宙中的光。

日本东京大学的天文学家 Yuichi Harikane 说： “从 700,000 多个天体中找到 HD1 是一项非常艰巨的工作。

“HD1 的红色与 135 亿光年外的星系的预期特征非常吻合，发现它时让我有点起鸡皮疙瘩。”

红色被称为红移，它发生在光源远离我们时。这导致来自该光源的光的波长向电磁光谱的较红端增加，这就是为什么它被称为红移。

因为宇宙正在膨胀，其他星系似乎发生了红移；时空距离越远，红移越大。这种效应使天文学家能够计算出光到达我们的距离。

但来自 HD1 的光线令人困惑。它在紫外线波长下非常明亮，这表明银河系内正在发生一个非常高能的过程。起初，研究人员认为这是正常的星暴活动——直到他们计算出必须形成的恒星数量才能产生如此多的光。

这个数字非常高，每年超过 100 颗星。这比早期宇宙中星系的预期高出 10 倍。然而，如果正在诞生的恒星与我们今天看到的正在诞生的恒星不同，这种紧张关系就可以得到解决。

“宇宙中形成的第一批恒星比现代恒星更大、更亮、更热，”帕库奇说。

“如果我们假设 HD1 中产生的恒星是这些第一颗或第三族恒星，那么它的性质可以更容易地解释。事实上，第三族恒星能够产生比普通恒星更多的紫外线，这可以澄清极端 HD1 的紫外光度。"

另一种选择是如果星系是类星体。这是“准恒星无线电源”的缩写——活跃的星系核令人难以置信的明亮结果，超大质量黑洞吞噬物质的速度如此之快，以至于热量在整个宇宙中产生了耀眼的光芒。

研究小组计算，要产生观测到的光，超大质量黑洞的质量必须约为太阳质量的 1 亿倍。

这种尺寸严重挑战了超大质量黑洞的生长模型。它非常笨拙，在宇宙中非常早期。

哈佛和史密森尼天体物理中心的天体物理学家 Avi Loeb 说： “在大爆炸后数亿年形成，HD1 中的黑洞一定是从一颗巨大的种子中以前所未有的速度生长出来的。”

“再一次，大自然似乎比我们更有想象力。”

该团队希望未来使用詹姆斯韦伯太空望远镜（一种为窥视早期宇宙而优化的机器）的观测将揭示这种神秘黎明之光的本质。

该研究已被《天体物理学杂志》和《皇家天文学会月报》接受。可以在此处和此处的 arXiv 上找到这些论文。