顛覆宇宙演化理論,與黑洞聯繫密切,揭開古老巨型星系的面紗

天文在線 發佈 2020-01-05T13:59:46+00:00

通過藉助世界各地以及太空中的天文台的資源,一國際天文團隊發現了前所未見的巨大質量古老星系,這些星系的產生可以追溯到宇宙誕生後近20億年。《自然》雜誌上公布了這一發現的具體情況,這一類型的星系共被發現有39個,但它們的存在卻和現有的早期宇宙模型相悖。

通過藉助世界各地以及太空中的天文台的資源,一國際天文團隊發現了前所未見的巨大質量古老星系,這些星系的產生可以追溯到宇宙誕生後近20億年。

《自然》雜誌上公布了這一發現的具體情況,這一類型的星系共被發現有39個,但它們的存在卻和現有的早期宇宙模型相悖。此外,這些星系與暗物質的分布和超級黑洞也有著密切聯繫。

文章第一作者,東京大學天文學研究院研究員,王濤博士在被採訪時表示,「這是第一次證實在宇宙誕生後的前20億年到前137年之間有如此數目龐大的大質量星系存在,這些星系此前對我們來說是不可見的。這一發現與當前的宇宙演化時期模型並不相符,卻也對我們一直存在的遺漏提供了一些細節上的補充。」

對外太空的觀測,事實上只是捕捉宇宙消逝已久的殘影。由於浩瀚宇宙超出我們想像的龐大,現在所看到的遙遠行星以及星系只是他們數百萬甚至數億年前的樣子。因此哈勃空間望遠鏡就像一台時間機器,為科學家們提供宇宙曾經留存過的影像。

哈勃空間望遠鏡

然而,即便是它也不能解決宇宙中的每一個謎題,此時便需要地基望遠鏡發揮作用。從史匹哲太空望遠鏡得到的數據首先引起了研究員們的疑問。天文學家們希望觀測到哈勃未曾發現,但他們一直懷疑存在的現象。藉助位於智利北部塔卡馬沙漠的甚大望遠鏡(VLT),他們獲取了更多所需的數據,最終由另一台也位於智利的,世界上最先進的科學裝置之一——阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)發現有力數據。

耗資14億美元的ALMA是目前運行中最昂貴的地基望遠鏡

東京大學天文學教授,文章共同作者Kotaro Kohno博士表示:「這些星系發出的光非常微弱,我們的眼睛看不到長波長的光,這些光也無法被哈勃探測到。」

隨著宇宙的膨脹,可見波會變長最終變成紅外線。所以儘管這些星系巨大,但它們發出的光不僅微弱,並且被強烈地拉伸過從而難以觀測。然而如果能夠精確地測量這些光被拉伸的程度,天文學家就能計算出它們距離地球有多遠,以及多久以前它們發射出這些光。

Kohno說:「星系質量越大,其中心的超大質量黑洞就越大。因此研究這些星系及其演化可以給我們提供更多關於超大質量黑洞演化的信息。巨大質量星系與無形暗物質的分布同樣密切相關,對塑造星系的結構和分布起著重要作用。」

NASA的凌星系外行星巡天望遠鏡(TESS)觀測到,一顆黑洞撕裂了一顆行星

先前的早期宇宙模型並沒有考慮到可能存在這麼多巨大星系,因此這一發現可以說是轟動天體物理學領域。

「理論研究人員現在需要更新他們的理論了,」Kohno補充道。

隨著這一發現的深入,研究小組已經達到了現有望遠鏡能夠揭示這些遙遠星系的極限。王濤博士說:「這些大質量星系在光學波長中看不見,所以做光譜分析非常困難。ALMA不擅長這個,我期待即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等,能向我們揭示這些原始『巨獸』真正由什麼構成。」

天文學家還對這39個星系與我們的星系有何不同感興趣。如果我們的太陽系在其中之一,而你在晴朗的夜晚仰望天空,你就會看到一些與我們熟悉的銀河系不同的東西。 王濤博士解釋到:「首先,夜空會顯得更加壯觀。恆星密度大,就意味著我們附近會有更多恆星,並且看起來更大更亮。但是相對的,大量的塵埃意味著遠距離的恆星將不能被看見,因此這些明亮的近恆星的背景可能是一個巨大的暗黑空洞」

銀河系的中心區域,圖由ESO的甚大望遠鏡上搭載的HAWK-I紅外成像儀拍攝。

由於這是第一次發現這樣的星系群,他們的研究意義直到現在才被認可,我們期待未來的更多驚喜。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Scott Snowden- inverse-大玉

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