星系獵人發現三十九個古老的隱形星系

天文學家近日填補了一個有關宇宙演化之謎的大洞。通過利用多台望遠鏡觀察太空，追溯過去，他們發現三十九個隱形的大星系群，這些星系群可以追溯至宇宙尚不足二十億歲的時候，而哈勃太空望遠鏡等光學望遠鏡看不到它們。觀察人士說，數量如此驚人的宇宙歷史早期星系，或可挑戰星系形成的傳統理論。

對於天文學家來說，要證明天空中一個極微小的光點是一個遙遠的星系，絕非易事。為此，他們使用了一種依賴星系所發光譜的技巧。恆星會發出大量的光，但恆星形成的氫氣吸收的波長比紫外線波長的特定部分短，從而形成一個獨特的截止光譜。在到達觀測者之前，光線會發生紅移可見光或近紅外波長。為了尋找這個能說明問題的特徵，哈勃望遠鏡發現了數百個在宇宙誕生不到二十億年的時候發光的星系。

然而，這項技術有一個大問題：它對更小、更年輕的星系非常敏感，但對體積更大、更老的星系卻視而不見。在宇宙早期更大、更成熟的星系中，有更多的超新星，這些恆星爆炸產生的塵埃吸收了大部分紫外線。這會抹去能說明問題的截止光。日本東京大學 / 日本國立天文台天體物理學家王濤說，事實上，對地球上的觀測者來說，宇宙早期的大質量星系只是在光學波長上不可見。

合作團隊將其研究範圍限制在哈勃望遠鏡以極高的靈敏度拍攝到的三小塊天空上。他們使用美國太空總署的史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）在中紅外波段掃描這些天空，結果發現了六十三個候選星系，但該望遠鏡的空間分辨率尚不能確定這些星系。因此，研究人員使用位於智利北部高海拔沙漠阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列中的六十六個碟形射電望遠鏡陣列，在較長的遠紅外波長下研究了每一個候選星系。這些觀測確定了其中三十九個候選星系。更重要的是，通過搜索以前拍攝的照片，研究小組發現這些古老的星系是哈勃太空望遠鏡看不到的，他們因此將這些星系歸類為哈勃太空望遠鏡的遺漏者。

阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列和其它望遠鏡的數據顯示，這些星系的質量一般約為一千億個太陽質量，其中充滿的塵埃溫和地加熱到35K左右，就像典型的恆星形成，星系中的恆星加熱塵埃，而非類星體中心的大黑洞加熱塵埃。

【圖：日本國立天文台；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2019年8月7日出版的《自然》期刊