太空 圖源：sciencealert
你可能會覺得，巨大的星系很難被忽略，但天文學家發現了數十億光年外數量巨大的星系。這才被發現的39個巨大星系，正在改變我們對早期宇宙的理解。
「在宇宙137億年生命里的第一個20億年，我們首次確認了數量如此龐大的巨大星系。先前我們是無法看見它們的，」東京大學的天文學家陶旺這樣說道，「這個發現推翻了宇宙演化時期的模型，並增加了一些至今一直被忽略的細節。
宇宙大約有138億歲了，這意味著——至少在理論上——我們可以觀察過去，看看當燈打開時的情況。
歐洲航天局由「普朗克」太空望遠鏡拍攝的首張整個宇宙的全景圖 圖源：baidu
例如，距離100億光年遠的光，需要100億年才能穿越太空到達我們；所以，當我們從遠處看到一些東西時，我們看到的是100億年前的事物。
實際上，這要困難得多。光線越遠，當它到達我們時，它越微弱。想想在10米的距離和100米的距離看到火炬，它在後者距離上顯得更小、更微弱。在1000米處，你甚至無法用肉眼看到它。
且宇宙正在膨脹，光波在太空中移動時延伸，向光譜的紅端移動，這稱為紅移。距離物體越遠，我們和物體之間擴展得越大，從而增加了紅移。
一個天體發射的光所顯示的紅移越大，該天體的距離越遠，它的退行速度也越大.
當哈勃太空望遠鏡為拍攝其深場系列圖像，在時空上窺視得比以前更遠時，它捕獲了從紫外線到近紅外的寬光譜波長，捕捉了我們見過的最遙遠的星系。
但是這些被發現的星系有另一個複雜因素。
「我們在中紅外和亞毫米（遠紅外和微波）波長之間檢測到它們，」王告訴《科學警報》。「這些星系在紫外線到近紅外的紫外線下顯得非常黑暗，因為它們含有大量的塵埃，這些塵埃在較短的波長下吸收了光線。」
哈勃深場圖像（左）和亞毫米波長下的ALMA觀測值（右）圖源：sciencealert
在這種波長下，我們很難描述這些星系。例如光譜分析——用基於電磁輻射光譜來確定恆星性質的技術，在如此有限的波長範圍內變得極為困難。
然而，根據太空密度比極端恆星爆發星系高兩個數量級（太空密度是太空物質的數量——恆星、行星等擠進星系占據的空間；有些星系比其他星系更擁擠），研究人員依然能夠確定這些星系是實質性存在的。這些古老而巨大的星系也正在形成新的恆星，其速度是如今銀河系的100倍。
而星系質量越大，其核心的超大質量黑洞就越大。這一項研究顯示，早期宇宙中這些黑洞的存在比我們之前認為的要普遍得多。這挑戰了我們對黑洞形成速度的理解。
發現的星系是另一個難題。
王對《科學警報》表示：「在目前的模型或模擬中，如此大量的布滿塵埃星系的存在是出乎意料的，這表明宇宙可以比我們想像的更早更有效地形成大型系統。這給理論專家和模型專家帶來了新的挑戰。」
同時，它們還幫助解決了困擾天文學家的另一個問題：大量的低紅移星系。先前對早期宇宙的調查尚未發現足夠的星系來解釋後期出現的龐大星系的形成。
根據他們的結果，研究小組估計，我們尚未發現的低質量的高紅移星系還有很多——大約每平方度530個（從視角上看，在地球上看到的滿月寬度為半度）。
這個高密度的巨大星系新種群可以幫助解決這種局勢。」王說道。
該團隊計劃用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波天線陣進行更多的觀測，以嘗試獲得有關39個星系的紅移及其恆星形成率和塵埃含量的更多詳細信息。
阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）。它位於智利北部阿塔卡馬沙漠地區，是一個由66個高精度天線組成的射電望遠鏡。這些天線的直徑從7到12米不等，當它們以不同方式配置時，所組成的陣列可以放大宇宙中一些最遙遠的天體，並且可以捕捉比哈勃太空望遠鏡更清晰的圖像。 圖源：zhihu
由哈勃太空望遠鏡拍攝的星系團MACS J1149.5+2223，插圖區域是由阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波天線陣（ALMA）觀測到的133億年前的遙遠星系MACS1149-JD1，在這裡，由ALMA觀測到的氧氣分布被著以紅色。
但是對星系的光譜分析可能要等到2021年——哈勃的繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射升空之後才能進行。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 圖源：baidu
「我很期待即將到來的觀測，例如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將會向我們展示這些原始的野獸究竟是些什麼。」王說道。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. sciencealert- MICHELLE STARR- Plusone
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