Question

135亿光年之外！科学家们发现有史以来最遥远的星系!如何证明呢？

Answer 1

不久前，美国宇航局宣布了他们所谓的“史诗级”发现——人类所知的最遥远的恒星。 它是迄今所知离地球最远的恒星。天文学家认为这是由于宇宙中存在着大量由黑洞或暗物质组成的引力波所引起的。这也是第一次有科学家对这种现象进行研究和解释。 一颗名为Earedel的恒星以128亿光年的距离被发现，打破了迄今发现的最古老恒星的记录。

就在这一发现的一周后，天文学家又有了一个重大发现。 天文学家们在银河系中找到了一颗比太阳更古老的行星——哈勃太空望远镜（Hubbard Space），并将其命名为“大宇”号。 在 历史 上最遥远的恒星出现之后，人类发现了 历史 上最遥远的星系！ 星系离我们太远了，它的真实身份仍然是个谜。

为寻找这些遥远的星系，一个国际天文学家团队使用了四台强大的望远镜：夏威夷的昴星团望远镜和英国的英国红外望远镜、智利的Vista望远镜和远在大气层中的斯皮策太空望远镜。 其中，斯皮策太空天文台拥有两台大型天文仪器：一台用于研究银河系内气体分子组成；另一部则用来探测宇宙边缘区域恒星形成过程。它们都是目前世界上最大的光学望远镜。 通过这四台锐利的仪器和1200个小时的观测时间，他们在最早期的宇宙中找到了一些不寻常的光芒。

他们的努力得到了回报，在宇宙最遥远的地方发现了几个遥远的星系，这是我们 历史 上最遥远的时期。 这些星系中有些是太阳系以外的行星或小行星群；而另一些则可能属于银河系内的恒星系统或者类星体系。现在就让我们一起来看看吧！ 他们将其中最远的星系命名为HD1，打破了人类所知的最遥远的星系的纪录。

根据观测，星系距离地球135光年！ 如果把银河系看作一个巨大的球的话，那么这个星系就是围绕着太阳旋转的恒星系统。但是，天文学家们发现，这个星系并不是以这种方式运行的，而是一直朝着太阳运动的。 也就是说，它只存在于宇宙大爆炸之后3.3亿年！ 你知道，当时，宇宙处于黑暗时代，它是通过再电离一点一点地形成的。 可以说，这个星系是宇宙中最元老的星系。

正如日本东京大学天文学家、这项研究的参与者Yuichi Parikane所说，在70多万件物体中找到它是一项艰巨的任务。 但是，如果你有足够的时间和精力来观测这些天体的话，就可以把它们找出来了。因为我们知道，任何一个恒星都会向外发射光线。 那么天文学家是怎样确定它的距离呢？

物理学中有一种著名的效应叫多普勒效应。 当两个相距较远的波相遇时，它们之间的相位差将随时间而改变。这种现象叫作多普勒效应。这个效应对物理研究和日常生活有着非常重要的作用。什么是多普勒效应呢？ 它指的是波源远近的频率。 在生活中，最常见的例子就是 汽车 的声音越来越近，当你不在的时候，声音越来越深。

在电磁波中，也存在多普勒效应。 它与电磁波的特性类似，都具有频率移动和相位旋转的特征。而在空间运动中，由于物体受到了地球引力等因素影响，使得物体自身的位置发生改变。这种情况称为多普勒效应。 当天体远离我们时，它发出的光倾向于在红带附近转移到更长的波长，这种现象被称为红移。

我们知道宇宙在膨胀。 宇宙中除了恒星外，还有很多非常遥远的星球存在着。它们有可能和我们人类生活得很近，也有可能根本不存在。不过，这并不是什么坏事。因为宇宙就是这样膨胀。 随着宇宙空间的膨胀，这些遥远的星系也随着空间一起膨胀，远离了我们，在天文学上，这被称为退行。 天体离得越远，退行得越快。 因此，通过测量一个天体的红移值，天文学家可以看到它有多远。

哈里肯说：“HD1的红移值与135亿光年外的星系的星系预期特征惊人地一致，当我发现它的时候，我浑身起鸡皮疙瘩！”

除了红移值，它在紫外线波段看起来非常明亮，表明是一个能量爆发星系。 天文学家仍然对这种能量的来源感到困惑，因为星系离我们太远了。 目前看来，它很有可能是一个大尺度黑洞，或者更精确地说是一个中等大小的黑洞；甚至可以认为它是一个超辐射星系。那么，它究竟有没有辐射呢？ 它可能是一个星暴星系，在那里大质量的恒星迅速形成并发出强大的电磁辐射，或者是类星体，一个在其核心的超大质量黑洞，它疯狂地吞噬着同样强大的能量爆发。

美国哈佛大学和史密森尼天体物理学中心的天体物理学家Fabio Pacucci把它比作是远洋之端的一艘船，我们可以看到一面旗帜，并大致辨认出它的颜色和形状，但由于狂风和浓雾，我们不可能知道它来自哪个国家。

天文学家在这两种猜测中都能发现难以解释的矛盾点。

如果HD1是星暴星系，估计它释放的能量会产生一个惊人的结果：它每年可以产生100多颗新恒星！ 但是，如果是一个中等质量的恒星（质量相当于太阳重量的3/4），在一年之内能产生这么多恒星吗？也就是说，这个星系中的每一颗星都有可能成为新恒星。 这似乎有点不合理，因为与以前的理论相比，它是预期的10倍以上！

只有一种可能可以解决这一矛盾，那就是这些恒星本身非常特殊，属于宇宙中最早的第一代恒星，又称星族III星。

Pacucci说：「宇宙中最早形成的恒星比今天的恒星大、亮、热。如果我们假设HD1形成了所有这些最早的恒星，即星族III星，那么它的特征就更容易解释。事实上，星族III星比普通恒星形成了更多的紫外光，这就解释了为什么HD1中的紫外线极其强烈。」

此外，类星体可能是一种答案。 因为类星体具有强大的辐射能力。这些辐射不仅能照亮恒星本身，还可使其周围的行星和卫星发光发亮。因此，类星体是目前最有效、最有希望成为未来能源基地之一的天体。 类星体，类星体射电源的简称，是活跃星系核的核心，它发射出令人难以置信的能量。 原因是星系中心的超大质量黑洞在疯狂吞噬它的同时，产生了足够的热量，可以在宇宙中穿行数百亿光年，供人类观测。

在第二种情况下，天文学家会更加困惑。 据他们计算，如果HD1确实是类星体，其超大质量黑洞至少需要是太阳质量的1亿倍。 这就是为什么在银河系中心出现这样一个庞然大物的原因吧！黑洞是什么样子呢？科学家们很难给其准确地定义。一般认为：黑洞是由物质构成的球形天体。 但是在宇宙大爆炸之后仅仅3.3亿年，恒星还没有形成，那么怎么会有这么大的黑洞呢？

同样，这也不是第一个挑战天文学家理论的超大质量黑洞。 我们知道，宇宙中存在着无数大小不同、形状各异的天体。它们之间有着复杂而微妙的相互作用和影响，形成一个庞大的星系群。其中最大的可能就是超大质量黑洞了！ 例如，TON618TON618人类已知质量最大的超大质量质量黑洞，其质量是太阳质量的660亿倍。

天文学家也在完善关于超大质量黑洞形成的各种理论，并在寻找新的解释方式。 例如，有人认为，它们可能是在大爆炸开始时直接形成的，而不是经过第一代恒星消亡后的坍缩过程。 但是，最近科学家发现，他们的推测是站不住脚的：黑洞的最终命运取决于它与一个更大尺度的天体之间的引力相互作用——即星系间相互吸引和排斥作用。 如果我们跳过这一步，我们可能会形成这样一个黑洞。

简而言之，什么样的星系HD1仍然是个谜。 虽然科学家已经通过各种手段对其进行了探测和分析，但是还没有找到任何线索来解开这个谜。不过，随着人类在宇宙中不断 探索 ，这种神秘现象将会逐渐被揭开。 研究人员希望，即将投入使用的詹姆斯·韦布太空望远镜将能够对其进行观测，并以其强大的观测能力能力解决这一难题或发现更遥远的星系。

宇宙早期的巨大奥秘可能就在于此。