2015年09月03日星期四

加州理工學院天文學家使用Keck望遠鏡，發現迄今最遠的星系。
http://www.caltech.edu/news/farthest-galaxy-detected-47761#sthash.kYed7O...

一組加州理工學院的研究人員，已經花了許多年的時間，在尋找宇宙中最早期的東西。當今的檢測報告，可能涉及迄今所發現最遙遠的星系。2015年8月28日在Astrophysical Journal Letters (天體物理學雜誌通訊)，美國航空太空總署(NASA)的哈伯天文學博士後學者Adi Zitrin，和在加州理工學院服務15年最近退休、目前是倫敦大學學院天體物理學的Richard Ellis教授，共同發表一篇文章，描述一個名為EGS8p7的星系，具有超過132億歲的年紀。宇宙本身就是大約138億歲。

今年初，基於NASA哈伯太空望遠鏡和Spitzer太空望遠鏡所收集到的數據，EGS8p7已確定被選為進一步進行調查的目標。在夏威夷W.M. Keck天文台的研究人員，使用多目標分光計的紅外線勘探技術（MOSFIRE），進行了星系的光譜分析，以確定其紅位移。紅位移是杜普勒效應的結果。同樣的現象是，當消防車在吾人面前通過時，消防車警報器的音調會下降 (即聲音的波長增加)。但是，換成天體，它是光波被「拉長」，而不是聲音。代替可聽到的因調下降，則是其實際的顏色移位到更紅的波長。

傳統上，紅位移是用來測量到星系的距離。但當吾人注視宇宙最遙遠的、也是最初的東西時，它變得很難辨識。緊接在大爆炸之後，宇宙像是一鍋電子和質子之類帶電粒子，和光（光子）的湯。因為這些光子被自由電子所散射，故早期的宇宙不能傳遞光線。到了大爆炸後38萬年，宇宙已經足夠冷卻到自由電子和質子結合成中性的氫原子，填補了宇宙，讓光線能夠穿過宇宙旅行。然後，當宇宙只有5億至10億歲時，第一個星系開始再電離中性氣體。目前，宇宙仍然在進行電離。

然而，在再電離之前，中性的氫原子雲會吸收由年輕、新形成的星系釋出的某些輻射，包括所謂的Lyman-alpha射線。由新恆星發射之紫外線加熱的熱氫氣的光譜標誌，已成為有新星形成的一個常用指標。從這種吸收理論的觀點，吾人不可能會在EGS8p7星系
觀察到Lyman-alpha射線。

Zitrin說：「如果你看一下早期宇宙中的星系，那兒有大量對輻射不透明的中性氫。我們預期，從這個星系發出的輻射，大部分會被橫在中間之太空的氫吸收。於昰，我們仍然可從這個星系看到Lyman-alpha射線。」

他們利用MOSFIRE光譜儀，發現了它。該儀器在近紅外線波長（0.97-2.45µm）的範圍，可以捕捉鄰近的星星到遙遠的星系的一切化學訊號。

Ellis 說，「目前的發現令人驚訝的地方是，我們從這個相當黯淡的星系探測到Lyman-alpha射線有8.68的紅移。它對應於宇宙應該佈滿吸收性中性氫雲的年代。」在此發現之前，他們最遠探測到的星系有7.73的紅移。

研究人員說，儘管有吸收性中性氫，吾人仍可看到它們的一個可能原因是，氫的再電離作用不均勻。Zitrin說：「從幾個觀測的證據顯示，再電離的過程可能並不完整。所看到的有些是如此明亮，顯示它形成電離氫的泡沫。但是這個過程不是四面八方都一個樣。」

Zitrin說：「我們目前正在更徹底的計算發現這個星系的確切機會，觀察來自那裡的輻射線，並了解我們是否需要修改宇宙再電離的時間表。它是我們在理解宇宙的演化時，所要回答的關鍵性問題之一。」

標題為 「來自Z =8.68發光銀河星系的Lyman α輻射：宇宙再電離的追蹤者對星系的詮釋」 的論文，係由Ivo Labbe, Rychard Bouwens, Guido Roberts-Borsani, Daniel P. Stark, Pascal A. Oesch, and Renske Smit等共同撰寫發表。這項研究是由Hubble獎學金、愛丁堡大學天文學研究所和美國國家科學基金會所資助。由於美國國家科學基金會和天文學恩人戈登和貝蒂·摩爾提供資金，使MOSFIRE計畫得以執行。合作機構包括美國耶魯大學、亞利桑那大學、倫敦大學學院，與荷蘭萊頓大學、英國達勒姆大學等。

附圖
（左）紅外線攝影看到的EGS8p7銀河星系。（插圖，右上）Hubble太空望遠鏡照片；（插圖，右下）Spitzer太空望遠鏡照片。
（右）圖解說明EGS8p7星系的極限距離。最右邊是觀測所用的W. M. Keck望遠鏡，最左邊是大爆炸，中間部分是那星系。上面的刻度，表示以往宇宙最遠距離之發現的進展和對應的年份；底部是相當於距離的時間尺標。而左上插圖是利用MOSFIRE光譜儀，跨越兩晚所觀測的結果。