為什麼宇宙年輕時就看起來就這麼成熟？(圖文)

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【新生1月12日訊】由於光在宇宙中傳播需要時間，因此當星體離地球愈遙遠，星體發出的光需花愈多的時間才能抵達地球，因此當看到的星體愈遠時，相當於看到宇宙愈年輕時、愈原始的模樣。“等級制理論（Hierarchical Model）”認為：當宇宙年輕時，到處充斥著不成熟的小星系，隨著宇宙年齡增長，小星系再彼此互相合並形成大星系，因此星系的模樣應該是隨著宇宙的年齡從稚嫩到成熟。不過，天文學家仍不清楚絕大多數恒星誕生的那個宇宙時期，究竟正在進行什麼樣的變化。下圖顯示出宇宙從137億年前的大霹靂開始的演化的歷史。

日前，英國天文學家利用雙子星北座望遠鏡（Frederick C. Gillett Gemini North Telescope）觀測後，發現約80～110億年前、宇宙年輕時的許多星系比天文學家想像的還要成熟，幾乎已經完全發展成形。因此，現行的宇宙論，勢必要再做修正。這個發現，是利用300多個星系的光譜分析而得。相關論文將陸續發表在天文物理期刊（The Astrophysical Journal）與天文期刊（The Astronomical Journal）中，屬於The Gemini Deep Deep Survey （GDDS） 研究的一部分。

上述300多個星系，多半是位在宇宙中、天文學家稱之為“紅移荒漠（Redshift Desert）”的地方。這裏相當於宇宙僅30～60億年之處（距今80～110億年前），說“荒漠”，並不是真的都沒什麼星系，而是因距離非常遙遠，且因星系因宇宙膨脹造成整個光譜嚴重紅位移，故星系不但很暗、而且發出的光都偏在長波長的光譜區中，受限於望遠鏡的效能，罕能偵測，因此相關的研究還很少；之前多半是挑選已經有非常大量恒星正在形成、亮度較亮的星系來觀測。

口徑8米的雙子星北座望遠鏡，這次所搜集的300多個星系光譜，則涵蓋了恒星數較少、星系亮度比較暗、但質量比較大的星系來研究，是到目前為止最完整的“紅移荒漠”星系光譜資料。從光譜可以決定星際氣體中所含有由恒星所產生的重元素，並借此決定星系中恒星演化的歷史。結果顯示：這些星系中的重元素含量多得超乎想像！這表示：這些大質量星系已經高度發展，也就是說在星系年輕時形成的恒星都已經逐漸消失；因此天文學家才會覺得困惑：這時候不是應該是恒星才開始形成沒多久的時候嗎？怎麼會已經演化到恒星開始消失了呢？是宇宙早期的星系演化方式與現今不同？還是宇宙早期的黑洞多到會作怪？

上圖為加-法-夏威夷望遠鏡（Canada-France-Hawaii Telescope）拍攝到的室女座星系團（Virgo cluster of galaxies）的一小部分，室女座星系團離地球約4500萬光年，圖中兩個大型的橢圓星系就是這個星系團中的主宰。天文學家認為橢圓星系應是比較古老、質量比較大的星系，與GDDS的300多個星系中的其中幾個很類似，但GDDS的研究對象在80～110億光年遠，可比室女座星系團遠多了。而左圖畫面偏右方及右下角的明亮螺旋星系，離地球算是比較近的，星系呈現藍色的外表，表示其中的恒星形成相當活躍；GDDS在紅移荒漠中觀測到的絕大多數星系，其活躍程度則與這些亮藍螺旋星系類似，但因非常遙遠，所以比較昏暗而難於觀測。這個畫面只是提供給大家參考一下。

參考資料來源：http://www.pparc.ac.uk/Nw/young_galaxies.asp



發稿：2005年1月12日    更新：2005年1月12日