寻找第一缕星光

   大爆炸后,宇宙中尚未造成恒星、星系和生命,而是充满了辐射和物质。大约在 40 万年后,宇宙进入了所谓的” 黑暗时期“。这个时期中的宇宙缺少光亮,遍及着中性的氢原子、氦原子,以及没法看见的 暗物质
  多年来,天文学家一直渴望知道,照亮黑暗时期的 第一批恒星星系是什么时候以及如何造成的。
  在一项新的研究中,天文学家对一个 星系团的观测代表, 恒星的造成发生在大爆炸后的 3.7 亿年。新的结果于 2020 年 1 月 1 日发表在《天然》杂志上,为宇宙中第一批恒星和星系的出现时间和地点提供了关键细节。
  一个 星系团是由成千上万个星系组成的,这些星系会以大约每秒 1000 千米的速度相互环绕。除了能够看见的物质外,暗物质在星系团中也扮演着重要角色。早在上个世纪 30 年代时,天文学家就发现,星系团中应当包含着大量看不见的暗物质提供了额外的引力,不然星系团应该早就分崩离析了。天文学家会经过研究这些星系团来进行许多天体物理学中的实验,例如测量宇宙的成分,检验广义相对论和其余的引力理论,以及肯定星系是如何造成的。
  在新的研究中,为了得到星系团首次造成恒星的准确时间,研究人员借助哈勃太空望远镜寻找他们所能找到的最遥远的星系团,他们将目标锁定在了其中一个星系团—— XLSSC 122。与 XLSSC 122 相比,像 后发星系团等离咱们较近的星系团其实更容易被观测,但咱们没法精确地测得它们的年龄,由于那些星系都很是古老。例如,咱们很难区分一个 70 亿年的星系和一个 130 亿年的星系。
  星系团 XLSSC 122 所发出的光在到达地球以前已经传播了 104 亿年,这意味着咱们所看到的是星系团在大爆炸 33 亿年以后的样子。XLSSC 122 就比如是一扇窗,一扇可以使咱们窥视到早期宇宙面貌的窗。
  研究人员发现,XLSSC 122 包含了几个有着类似红色的星系。星系的颜色透露了它们的年龄,那些偏蓝的星系要比偏红的星系更年轻。因此说,那些红色的星系在好久之前就造成了恒星。经过将观测到的星系团颜色与模型对比,他们分析出这些星系中的恒星在宇宙只有 3.7 亿年时就开始出现了。
  特别有趣的一点是,研究人员在这个星系团中发现了至少 19 个颜色类似的星系,这意味着它们有着类似的年龄。当恒星在这些星系中造成时,它们应该已经彼此远离了,因此由此产生一个问题,那就是为何这些星系会在几乎同一时间开始产生恒星。它们是否受到了环境的影响?又或者说,是不是一个星系中的恒星造成以某种方式引起了连锁反应,从而致使了恒星在附近气体云中造成?
  研究人员还不清楚这些问题的答案。但重新的研究中,咱们能够清楚地看到,这些遥远的星系团充满了宇宙中最古老的星系。
  然而,须要注意的是,根据星系的颜色来肯定年龄并非一种特别精确的方法,它存在很大的不肯定性。例如,若是一个年轻的星系中含有大量的尘埃,那么它的颜色或许会与一个古老的但只含有少许尘埃的星系颜色相同。所以,尽管研究结果看起来很是有趣,但在 詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)升空以前,咱们对于这样的结果或许仍然应该保持谨慎的态度。   当 JWST 投入运行以后,它将测量这些星系发出的光谱。经过将光谱与模型进行比较所得出的结果,将比经过比较星系的颜色能更准确地肯定恒星的年龄。这项新研究也代表,这些遥远的星系团应当成为 JWST 优先观测的目标。
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