为什么宇宙年轻时就看起来就这么成熟？(图文)

打印机版 | 【投稿／反馈】

【新生1月12日讯】由于光在宇宙中传播需要时间，因此当星体离地球愈遥远，星体发出的光需花愈多的时间才能抵达地球，因此当看到的星体愈远时，相当于看到宇宙愈年轻时、愈原始的模样。“等级制理论（Hierarchical Model）”认为：当宇宙年轻时，到处充斥着不成熟的小星系，随着宇宙年龄增长，小星系再彼此互相合并形成大星系，因此星系的模样应该是随着宇宙的年龄从稚嫩到成熟。不过，天文学家仍不清楚绝大多数恒星诞生的那个宇宙时期，究竟正在进行什么样的变化。下图显示出宇宙从137亿年前的大霹雳开始的演化的历史。

日前，英国天文学家利用双子星北座望远镜（Frederick C. Gillett Gemini North Telescope）观测后，发现约80～110亿年前、宇宙年轻时的许多星系比天文学家想像的还要成熟，几乎已经完全发展成形。因此，现行的宇宙论，势必要再做修正。这个发现，是利用300多个星系的光谱分析而得。相关论文将陆续发表在天文物理期刊（The Astrophysical Journal）与天文期刊（The Astronomical Journal）中，属于The Gemini Deep Deep Survey （GDDS） 研究的一部分。

上述300多个星系，多半是位在宇宙中、天文学家称之为“红移荒漠（Redshift Desert）”的地方。这里相当于宇宙仅30～60亿年之处（距今80～110亿年前），说“荒漠”，并不是真的都没什么星系，而是因距离非常遥远，且因星系因宇宙膨胀造成整个光谱严重红位移，故星系不但很暗、而且发出的光都偏在长波长的光谱区中，受限于望远镜的效能，罕能侦测，因此相关的研究还很少；之前多半是挑选已经有非常大量恒星正在形成、亮度较亮的星系来观测。

口径8米的双子星北座望远镜，这次所搜集的300多个星系光谱，则涵盖了恒星数较少、星系亮度比较暗、但质量比较大的星系来研究，是到目前为止最完整的“红移荒漠”星系光谱资料。从光谱可以决定星际气体中所含有由恒星所产生的重元素，并借此决定星系中恒星演化的历史。结果显示：这些星系中的重元素含量多得超乎想像！这表示：这些大质量星系已经高度发展，也就是说在星系年轻时形成的恒星都已经逐渐消失；因此天文学家才会觉得困惑：这时候不是应该是恒星才开始形成没多久的时候吗？怎么会已经演化到恒星开始消失了呢？是宇宙早期的星系演化方式与现今不同？还是宇宙早期的黑洞多到会作怪？

上图为加-法-夏威夷望远镜（Canada-France-Hawaii Telescope）拍摄到的室女座星系团（Virgo cluster of galaxies）的一小部分，室女座星系团离地球约4500万光年，图中两个大型的椭圆星系就是这个星系团中的主宰。天文学家认为椭圆星系应是比较古老、质量比较大的星系，与GDDS的300多个星系中的其中几个很类似，但GDDS的研究对象在80～110亿光年远，可比室女座星系团远多了。而左图画面偏右方及右下角的明亮螺旋星系，离地球算是比较近的，星系呈现蓝色的外表，表示其中的恒星形成相当活跃；GDDS在红移荒漠中观测到的绝大多数星系，其活跃程度则与这些亮蓝螺旋星系类似，但因非常遥远，所以比较昏暗而难于观测。这个画面只是提供给大家参考一下。

参考资料来源：http://www.pparc.ac.uk/Nw/young_galaxies.asp



发稿：2005年1月12日    更新：2005年1月12日