近日,一項關于宇宙早期歷史的驚人發現震撼了天文學界??茖W家們通過尖端技術,證實了宇宙中存在一個極其微弱的星系,這一發現或將顛覆我們對宇宙起源和演變的傳統認知。
宇宙,這個浩瀚無垠的存在,自古以來便充滿了無數令人費解的謎團?;厮葜劣钪嬲Q生之初,那時的宇宙與今日大相徑庭。氫原子構成的濃厚霧氣籠罩四周,仿佛一層厚重的帷幕,遮蔽了最早恒星和星系發出的光芒。直至第一代恒星和星系釋放出強烈的紫外線,才逐漸穿透了這層氫霧,宇宙的面貌才逐漸顯露。
過去,受限于望遠鏡的技術水平,科學家們難以窺探這些早期宇宙的秘密。然而,如今有了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡這一“超級利器”,局面發生了翻天覆地的變化。韋伯望遠鏡憑借其卓越的技術,使天文學家們得以窺探大爆炸后迅速形成的恒星和星系。每每想到科學家們通過這強大的望遠鏡,探尋那些遙遠而神秘的星系,便讓人激動不已。
此次發現的微弱星系名為JD1,它的存在時間可追溯到宇宙僅有4.8億年歷史的時期,這相當于宇宙當前年齡的4%。在宇宙生命的最初十億年里,它的演化歷程尤為關鍵。大爆炸之初,物質與光在熾熱、密集的基本粒子“海洋”中交織在一起。隨著宇宙的急劇膨脹和冷卻,光和物質逐漸分離,形成了氫原子,這一時期被稱為宇宙黑暗時代。而氫霧被燒穿的時期,則被賦予了“再電離時代”的稱號??茖W家們一直試圖解開首批恒星和星系的形成時間、特性,以及它們是否能產生足夠的紫外線來清除所有氫霧的謎團。
為了深入了解再電離時代,首要任務是找到并確認那些可能推動這一進程的星系距離。由于光傳播需要時間,因此我們通過望遠鏡觀測到的物體,實際上是它們過去的樣子。例如,銀河系中心的光線需要大約2.7萬年才能抵達地球,所以我們看到的銀河系中心是2.7萬年前的景象。若要探尋大爆炸后的宇宙面貌,則需在極遠之處尋找線索。早期宇宙的星系距離我們極其遙遠,在望遠鏡中顯得微弱而渺小,且大部分光線以紅外線的形式存在。正因如此,我們需要像韋伯這樣的強大紅外望遠鏡才能捕捉到它們的蹤跡。在韋伯望遠鏡問世之前,科學家們發現的遙遠星系大多明亮且龐大,這是因為當時的望遠鏡靈敏度不足,難以觀測到更暗淡、更小的星系。然而,實際上這些微弱的星系數量更多,更能代表早期宇宙的情況,并可能是再電離過程的主要驅動力。因此,研究這些微弱星系對科學家們來說至關重要。
JD1正是這樣一個典型的暗淡星系。它早在2014年就被哈勃太空望遠鏡發現,當時被推測為一個遙遠星系。然而,哈勃望遠鏡缺乏足夠的靈敏度和能力來確認其距離,只能進行猜測。附近小而微弱的星系有時會被誤認為是遙遠星系,因此天文學家必須首先確定它們的距離,才能進一步研究其特性。在被確認之前,這些遙遠星系只能被稱為“候選者”。此次韋伯望遠鏡終于有能力證實,JD1是韋伯對哈勃發現的遙遠星系候選者進行首批重大確認之一,也使它成為早期宇宙中最暗的星系之一。
為了確認JD1,一組國際天文學家利用韋伯的近紅外光譜儀NIRSpec,獲得了該星系的紅外光譜。通過光譜分析,他們確定了JD1與地球的距離,并了解了其年齡、形成的年輕恒星數量以及產生的塵埃和重元素數量。若不是大自然的助力,即便擁有韋伯望遠鏡,我們也難以觀測到JD1。JD1位于一個名為Abell 2744的大型星系團后方,該星系團的強大引力對JD1的光線產生了彎曲和放大作用,使JD1看起來比平時更大,亮度也提高了13倍。這種現象被稱為引力透鏡效應。借助引力放大倍率以及韋伯另一個近紅外儀器NIRCam的新圖像,科學家們得以以前所未有的細節和分辨率研究JD1的結構。這不僅使我們能夠探索早期星系的內部區域,還能確定這些早期星系是孤立存在、小而緊湊,還是與附近星系合并、相互作用。
通過研究像JD1這樣的星系,科學家們仿佛是在追溯塑造宇宙、創造我們家園的基石。這些微弱的星系中,或許隱藏著宇宙起源和演變的重大秘密。我們期待著科學家們能夠發現更多這樣的星系,為我們揭開宇宙更多的神秘面紗。讓我們一同保持對宇宙的好奇心,或許有一天,我們對宇宙的認知將再次迎來重大突破。