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MACS0647-JD红移值高达10.7(转)  

2012-12-15 03:16:41|  分类: 天文学习 |  标签: |举报 |字号 订阅

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               近日科学家发现了目前最遥远的星系。这颗名为MACS0647-JD的星系,

              看起来象位于巨大星系群背后的小点,该星系群位于大熊座和小熊座之间。

              科学家结合哈勃太空望远镜和美国宇航局斯皮策太空望远镜的观测数据发现了这颗最遥远星系。

              MACS0647-JD大约有133亿年历史,形成于宇宙大爆炸后4.2亿年后,比之前认定的最遥远天体的年代还要早2亿年。

                       

        http://v.youku.com/v_show/id_XNDc3MzA2NDg4.html


最新发现宇宙最遥远始祖星系 距地133亿光年
 

本张通过引力透镜放大的照片中,科学家发现了迄今观测中最遥远的星系,图中小框中的昏暗天体便是

 

  据国外媒体报道,通过结合美国宇航局、欧洲空间局共同打造的哈勃空间望远镜和美国宇航局的斯皮策红外空间望远镜,天文学家发现了可能是迄今所观测到的宇宙最遥远星系,该过程中还使用了引力透镜观测技术。最新发现的天体存在于133亿年前,而宇宙的年龄仅为137亿年左右。科学家将新发现的天体命名为MACS0647-JD,存在于宇宙大爆炸发生后的4.2亿年,该天体发出的光在宇宙空间中旅行了近133亿年才抵达地球,红移值高达11。

  本观测计划来自哈勃空间望远镜执行的一项星系集群透镜探测与超新星调查计划(CLASH),通过大质量星系集群扭曲时空所产生的“超级透镜”来观测背景天体,该现象也被称为引力透镜。荷兰莱顿大学研究人员、本项调查论文的合著者雷哈德?布文斯(Rychard Bouwens)认为使用引力透镜发现宇宙最遥远天体可能是一次偶然,这一最新发现超过了我们此前对CLASH计划的期望,是一个难以置信的发现。

  沿着该路径往前推移80亿光年,来自MACS0647-JD天体的远古光线在大质量星系群MACS J0647.7+7015周围徘徊,由于引力透镜效应的作用,研究小组通过哈勃空间望远镜观测到MACS0647-JD天体的放大图像。前景大质量星系集群重塑了遥远星系的光线,使得它们看起来更加明亮,虽然在哈勃图像中还是一个很小的点。根据美国空间望远镜研究所的研究人员马克?珀斯特曼(Marc Postman)介绍:“前景大质量星系集群产生的观测效果是任何一台人造望远镜所不能及的。”

  科学家分析MACS0647-JD天体可能是原始星系形成的第一阶段,跨度大约为600光年,而银河系的跨度可达到15万光年左右。从质量上看,该“婴儿星系”质量大致等于1亿至10亿倍太阳质量,是银河系质量的0.1%至1%。但空间望远镜科学研究所的科学家、本项研究的第一作者丹?科尔(Dan Coe)认为MACS0647-JD天体可能是一个星系的“基础模块”之一,自其诞生后的130亿年间,它可能与其他星系发生几十、上百或者上千次的星系合并事件。

  对于这个惊人的发现,研究团队在确定其为迄今发现的最遥远星系之前花了几个月的时间来排除关于该星系生世的其他解释,这项工作是非常重要的,比如红巨星、褐矮星或者古来的弥散尘埃星系都可能与宇宙早期星系的图像相似,因此需要详细排查。哈勃空间望远镜通过17个滤光器对MACS0647-JD天体周围的区域进行了观测,波长跨度从近紫外到近红外。即便是这样,也不能完全排除其他干扰的可能性,最后科学家将斯皮策空间望远镜的红外波长图像作为最后的确定数据。

  凭借当前人类的观测技术,MACS0647-JD天体实在是太遥远了,因此通过普通光谱学较难以确认它与地球的距离。然而,目前所有的证据都显示这个诞生于早期宇宙的婴儿星系是新的最遥远天体记录的保持者。可以预见,MACS0647-JD天体将作为美国宇航局詹姆斯韦伯空间望远镜的首要观测目标,后者将于2018年发射入轨,能对该天体进行最终的距离测量并研究更多的详细信息。

哈勃拍摄的MACS0647+0715超级星系团,配色已经标注。该星系团本身红移0.591,相当于56亿光年。

MACS0647-JD的三个像,大图下载:2.7MB

原始星系的光沿着它的光路,在出发约80亿年后经过了超级星系团MACS J0647+7015。在星系团强大引力透镜的作用下,多个不同的光路最后都折向地球。由马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)的马克?珀斯曼(Marc Postman)领导的国际团队,在哈勃望远镜的图像中,发现了该星系所形成的三个放大像。星系团的引力透镜明显增亮了星系的光,分别达原始亮度的8、7、2倍,使得天文学家更有信心和效率发现它们。如果没有引力透镜相助,如此遥远的星系是探测不到的。



MACS0647-JD三个像的单独图像,从上到下依次为JD1、JD2、JD3。

该天体是如此之小,说明它可能正处于星系的胚胎期:有分析表明星系的长度小于600光年。根据对那些较近星系的观测,天文学家估计如此早期时代星系的典型大小应该是2000光年。作为比较,银河系的长度达15万光年;银河系的伴星系——大麦哲伦星系(LMC)虽然是矮星系,也有1.4万光年长。

PDF插图,不同波段下JD1等三个像所在区域的图像,在可见光波段,它完全看不见。

团队使用哈勃的高级巡天相机(ACS)和第三代广域相机(WFC3),在从紫外到近红外的17个波段观测了整个星系团。作为CLASH成员,Coe在巡天项目对应的17个星系团图像中的上千个“透镜”天体像中,于2012.2发现了本文中的星系。与图像中的其他星系不同,MACS0647-JD仅在最靠近红外的两个波段(F140W、160W)中可见。

Coe解说道:“这就告诉我们,要么MACS0647-JD是个极端的红色天体,只在红外区域发光;要么就是它极端遥远,发出的光都红移了;当然还有可能是前两者的组合。我们考虑了所有的可能性。”

Coe和他的同事花费了数月时间,排除各种可能性,比如它是红色恒星、棕矮星;或者天体与地球之间存在(古老的或者富含尘埃的)红色星系,最后推论极端遥远星系是唯一正确的答案。

Coe继续说:“所有的三个像都互相匹配得很好,而且当观看我们对该星系应用的最佳引力透镜模型时,你会发现它们都位于你期望的遥远地方。”

PDF插图,星系团的引力透镜模型。蓝灰色线内,红移>2的天体会被镜像;浅绿线内,红移>3.5的天体会被镜像;红线区域内,红移>11的天体才会被镜像。图中可以看到多个编号,比如1a、1b就是同一个星系的两个像。

研究报告将刊登在2012.12.20出版的《天体物理学》期刊上。

红移是宇宙膨胀的必然结果。Coe估计MACS0647-JD的红移高达11,是当前的观测纪录(不计宇宙背景辐射的红移值——译注)。因为宇宙膨胀,星系发出的近紫外光(氢的莱曼—α线)红移到了近红外波段。“在宇宙的早期岁月,原始星系中充满了炽热、年轻的蓝巨星。当光抵达哈勃太空望远镜时,它们变成了红色。”

斯必泽空间望远镜拍摄的星系长波图像在分析中扮演了关键角色。如果该天体本来就是红色的,它将在斯皮策图像中相当明亮。相反地,假如它仅是勉强可见,就表明它极为遥远。研究团队计划使用斯皮策对该星系做进一步深入观测,以估算它的年龄、尘埃含量等。

PDF插图,JD1等三个像所在区域的哈勃图像与斯皮策图像对比。如果是个低红移的星系或者是棕矮星等低温天体,那么在那些近红外波段,应该能观测到图像才对。

天文学家认为,第一批星系可能形成于宇宙大爆炸后1亿到5亿年间的某处。早期岁月中发现的星系相当原始,尚没有受到稍后一代代超新星爆发产生的重元素污染。

这些幼小的“鱼苗”星系,很可能因为太过遥远而不能由当前的大型望远镜通过光谱分析确定其距离(把星系光分解为成千上万条谱线的技术)。然而基于它的独特颜色和研究团队的广泛分析,Coe确信这个星系幼雏是新的距离冠军。通过测量该天体在不同波长下的亮度,团队确定了哪个波长对估算如此遥远天体是最关键的。

PDF插图,哈勃不同波段下该星系的亮度。在莱曼-α红移后对应的1.46μm附近,星系的光度突增。

这个星系将理所当然地成为未来的詹姆斯?韦伯空间望远镜(JWST)的首选观测目标。Postman总结道:“我们已经抵达哈勃的观测极限,因为这个星系仅是勉强可见。要真正看到它的结构,你需要更大的空间望远镜。”在近红外波段,JWST的分辨率是哈勃的3倍;而JWST的巨大镜面也足以收集MACS0647-JD的光谱。这样就能更精准而确定地测量星系的距离,以及它的质量、年龄、重元素含量等,这些重元素都是第一代恒星锻造的。

CLASH巡天将使用哈勃的ACS和WFC3对25个超级星系团进行观测,新发现的距离冠军是第2个极遥远星系纪录。就在今天的早些时候,CLASH团队公布了一个红移达9.6、位于宇宙大爆炸后4.9亿年的星系,比这次的破纪录者仅仅迟了0.7亿年,详见 相关链接。迄今为止,CLASH项目已经完成了20个星系团的巡天。

PDF插图,已知的最早期星系(最遥远星系)的对比。

团队希望用哈勃望远镜搜索宇宙早期年代的更多矮星系。假如这样的幼雏星系有很多,它们就能提供足够的能量,解除早期宇宙的氢原子迷雾——再电离过程。再电离从根本上保证了宇宙对光是透明的。
 

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