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科學家發現127億年前的巨大原初星系團

在到達地球之前,這束光走了127億年。漫長的跋涉,加上宇宙的膨脹拉伸,讓它的能量微弱而暗淡。

想像圖:127億光年外的巨型原初星系團

同一時間,地球,智利拉斯坎帕納斯天文台。麥哲倫天文望遠鏡“賣力”地進行星系光譜巡天。科學家們正藉助這台設備,建立一個高紅移星係數據庫,以期解開宇宙演化形成之謎。

偶然的一瞬,這束微弱的光與望遠鏡光譜儀上的探測器相遇。一個明顯而確定的峰值出現在北京大學天文學家江林華面前。

江林華及北大科維理研究所團隊發現,這束光來自一個巨大原初星系團,它最終會演化成一個約3600萬億倍太陽質量的星系團。10月15日,這一發現在線發表於《自然—天文》。

追尋宇宙“幼升小”時的模樣

江林華的工作有點類似於“宇宙考古”——尋找宇宙中最遙遠的星系,探索宇宙“小時候”的模樣。

如果說今天的宇宙是個百歲老人,那麼,宇宙在大概7歲,也就是在“幼升小”的年紀時,出現了一次重大變化——在引力作用下,宇宙大尺度結構開始形成,最原始的恆星、星系、黑洞出現,宇宙被點亮了。

江林華感興趣的問題之一,正是宇宙是怎麼完成“幼升小”的,包括“宇宙中第一批天體如何出現”“最原始的宇宙大尺度結構是怎麼形成的”“宇宙從黑暗到明亮的過渡是何時完成的”……

這些問題尚無確定的答案。之所以如此,是因為觀測數據有限,統計口徑不一。想解決這些問題,就要依賴高探測能力的天文望遠鏡,在如今明亮的宇宙中“淘”出更多百億年前留下的、遠超人眼可觀察範圍的微弱光芒。

偶遇一束從遠古走來的光

2017年的一天,麥哲倫天文望遠鏡的探測器對準了一塊不算大(約4平方度,近似於5個滿月大小)的天區,然後把“視線”向更深處望去,為的是從目前星系團候選體中篩選出確定者,並確定它們的位置。

之後,數據分析人員意外地發現,光譜圖在紅移5.7的位置上出現了一個不在計劃中的峰值。

“紅移”是天文學家們用來判斷光“跋涉”了多遠的工具。

一般來說,光剛被發射出來時,具有較高的能量,經歷了漫長的傳遞和宇宙空間拉伸後,能量降低。而光譜儀可以分辨出光的能量,並判斷光從剛發出至今的時間和距離。紅移越高,就說明光源距離地球越遠。

盯着這個峰值,江林華想看一看這束紅移5.7的光是何方神聖。

“紅移5.7”正好對應着距今127億年前,那時候的宇宙距離大爆炸的時間大約在10億年,宇宙處在“幼升小”的年紀。“這麼巧!”江林華感嘆。

之後的研究結果,讓他們更為驚嘆——這束光來自一個巨大的原初星系團,或者說星系團的巨大前身。

通過天體物理學理論分析和計算機數值模擬,科研團隊發現,這個巨大的原初星系團最終會“百分之百地”“不可避免地”發展成一個約3600萬億倍太陽質量的星系團。

宇宙早期已知的最大質量原初星系團

這可能是宇宙早期已知的最大質量的原初星系團,但同時,這也是一個反常。

“它就像一座城市,星系密度很高,是同一時期其他區域星系密度的近7倍。”江林華說,目前尚未發現在宇宙早期會有如此大尺度和高密度的結構。

按照標準宇宙模型的預言,宇宙中大尺度結構的形成類似於滾雪球,小的結構通過合併,形成更大的結構。也就是說,最大的結構往往形成於宇宙演化的後期,如此大的原初星系團在宇宙少年時代不太可能存在。

阿波羅網責任編輯:陳柏聖 來源:中國科學報 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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