天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了巨大的古代星系 可以揭示暗物質(zhì)

天文學(xué)家利用世界各地和太空中多個(gè)天文觀測(cè)臺(tái)的綜合能力，發(fā)現(xiàn)了以前不為人知的古代大質(zhì)量星系的寶庫(kù)。這是同類型中的第一個(gè)多重發(fā)現(xiàn)，而且這種類型的星系的豐富無視當(dāng)前的宇宙模型。這些星系也與超大質(zhì)量黑洞和暗物質(zhì)的分布密切相關(guān)。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為以前看不見的宇宙提供了前所未有的通道，但即使它對(duì)宇宙謎題的一些最基本的部分也是盲目的。東京大學(xué)天文學(xué)研究所的天文學(xué)家想要觀察他們長(zhǎng)期懷疑在那里的物體，但哈勃無法透露這些物體。新一代的天文觀測(cè)臺(tái)終于揭示了他們所尋求的東西。

“這是宇宙中137億年生命的前20億年中第一次確認(rèn)如此龐大的大質(zhì)量星系。這些以前是我們看不到的，”研究員王濤說。“這一發(fā)現(xiàn)違背了宇宙演化時(shí)期的當(dāng)前模型，并將有助于增加一些細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)到目前為止一直缺失。”

但是，如果一個(gè)像銀河系一樣大的東西一開始就看不見了?

“來自這些星系的光非常微弱，我們眼睛看不到長(zhǎng)波長(zhǎng)，哈勃望遠(yuǎn)鏡無法察覺，”Kotaro Kohno教授解釋道。“所以我們轉(zhuǎn)向阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)，這是觀看這類事物的理想選擇。我對(duì)這個(gè)設(shè)施有著悠久的歷史，因此知道它會(huì)產(chǎn)生良好的效果。”

構(gòu)成ALMA的66個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡天線中的一些。圖片來源：(c)2019年Kohno等。

盡管這些星系是他們時(shí)代中最大的，但它們的光不僅微弱，而且由于它們的巨大距離而被拉伸。當(dāng)宇宙膨脹時(shí)，穿過的光變得拉伸，因此可見光變得更長(zhǎng)，最終變成紅外線。拉伸量允許天文學(xué)家計(jì)算出物體的距離，這也揭示了光從物體發(fā)射的時(shí)間。

“很難讓我們的同行相信這些星系與我們懷疑它們一樣古老。我們最初對(duì)它們存在的懷疑來自斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡的紅外數(shù)據(jù)，”王說。“但ALMA的眼睛很敏銳，并且能夠顯示亞毫米波長(zhǎng)的細(xì)節(jié)，這是探測(cè)早期宇宙中存在的塵埃的最佳波長(zhǎng)。即便如此，它還是從智利的富有想象力的超大望遠(yuǎn)鏡中獲取了更多數(shù)據(jù)來證明我們看到的是古代以前從未見過的大規(guī)模星系。“

這些星系看起來如此微弱的另一個(gè)原因是因?yàn)榧词乖诂F(xiàn)今，更大的星系往往被灰塵覆蓋，這使得它們比它們較小的星系兄弟姐妹更加模糊。

那些大質(zhì)量星系的發(fā)現(xiàn)意味著什么呢?

“星系越大，超大質(zhì)量黑洞就越大。因此對(duì)這些星系及其演化的研究將告訴我們更多關(guān)于超大質(zhì)量黑洞的演化，”Kohno說。“大質(zhì)量星系也與隱形暗物質(zhì)的分布密切相關(guān)。這對(duì)于塑造星系的結(jié)構(gòu)和分布起著重要作用。理論研究者現(xiàn)在需要更新他們的理論。”

Kotaro Kohno教授。圖片來源：(c)2019年Rohan Mehra--戰(zhàn)略公共關(guān)系部

天文學(xué)家也對(duì)這39個(gè)星系與我們自己的星系有何不同感興趣。如果我們的太陽系在其中一個(gè)內(nèi)部并且您在晴朗的夜晚仰望天空，您會(huì)看到與熟悉的銀河系圖案完全不同的東西。

“首先，夜空將更加雄偉壯觀。恒星的密度越大，意味著越來越多的恒星會(huì)越來越亮，”王說。“但相反，大量的塵埃意味著遙遠(yuǎn)的恒星遠(yuǎn)不那么明顯，所以這些明亮的近星的背景可能是一個(gè)巨大的黑暗空間。”

由于這是第一次發(fā)現(xiàn)這樣一群星系，他們研究的影響現(xiàn)在才剛剛實(shí)現(xiàn)?？赡軙?huì)有許多驚喜未來。

“這些龐大的星系在光學(xué)波長(zhǎng)中是不可見的，因此很難進(jìn)行光譜學(xué)研究，這是一種研究恒星種群和星系化學(xué)成分的方法.ALMA并不擅長(zhǎng)這一點(diǎn)，我們還需要更多東西，”Wang總結(jié)道。“我渴望即將到來的天文臺(tái)，如太空詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，向我們展示這些原始野獸的真正構(gòu)成。”