星系的诞生-震撼！134亿年前

据快科技5月28日披露，对于星系的形成一直是天文学领域中一个备受关注的课题。虽然我们拥有各种理论，但一直缺乏直接的观测验证。然而值得庆幸的是，最新的研究表明，天文学家们首次成功地观测到了宇宙最早期星系的形成过程。

詹姆斯·韦伯太空望远镜正在对大约133亿至134亿年前的婴儿宇宙进行观测。这个时期正值宇宙大爆炸发生不久之后，距离大爆炸仅过去了几亿年。在宇宙初生之际，也就是大爆炸后的头十亿年内，宇宙空间弥漫着浓厚的氢气迷雾，这种迷雾极大地阻碍了光的传播。詹姆斯·韦伯望远镜通过红外波段的观测，成功穿透了这层迷雾，让我们得以一窥最初宇宙的真实模样。

观测结果显示，有三个新生星系正在以惊人的速度吸收大量气体，并且迅速成长壮大。进一步的分析指出，这三个星系诞生于宇宙大爆炸后仅仅4-6亿年，因此可以被称为已知最早的星系之一，但也不排除可能还有更早形成的星系存在。毕竟，对于刚刚诞生的宇宙，人类的了解仍然非常有限。

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249亿光年外发现不该有的星系，天文学家：早出现26亿年

根据《科学》（Science）杂志刊载的一项新研究[1]，天文学家发现了一个目前距离地球249亿光年的遥远星系——BRI 1335-0417，它出现在年龄只有14亿年的年轻宇宙中。但它的一个特征让天文学家感到非常惊讶，这样的星系本不该存在于当时的宇宙中，目前的理论无法解释。

在直径为930亿光年的可观测宇宙中，估计存在2万亿个星系，我们所生活的银河系就是其中一个。从结构上来讲，星系可以划分为三大类：螺旋、椭圆以及不规则。

在目前的宇宙中，大部分星系都为螺旋星系，占比可达三分之二。螺旋星系的特征是中心有一个聚集大量恒星的核球，从核球周围会延伸出几条旋臂。银河系属于螺旋星系（又可以进一步细分为棒旋星系），存在4条主旋臂和至少2条支臂，我们的太阳系处在猎户支臂上。

基于阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的观测结果，BRI 1335-0417星系存在螺旋结构、旋转盘和中心大质量结构，这意味着它是一个典型的螺旋星系，这也目前已知最远最古老的螺旋星系。

根据星系演化理论，宇宙中的第一批星系最早出现在宇宙大爆炸后2亿年，即136亿年前。目前，天文学家观测到的最古老星系是134亿年前的GN-z11，它存在于年龄仅为4亿年的早期宇宙中。

虽然宇宙中早就有星系形成，但最初的星系都是不规则的，根本来不及也没有没条件来形成螺旋星系。在如今的宇宙中，螺旋星系是主流，但随着时间的往前回溯，它们的数量将会大幅下降。

光速在宇宙中的传播速度是有限的，这意味着我们看到越远的光子，也就看到了越早的时间，光子从遥远宇宙传播到地球上需要时间。当天文学家观测遥远宇宙时，发现螺旋星系的数量会随着时间的回溯而迅速减少。

早期宇宙要比现在小得多，物质密度也大得多，所以那时的宇宙十分混乱。大量星云在暗物质的作用下形成新的星系，它们的形状都是不规则的，这个可以从几乎看到宇宙尽头的哈勃极深场窥见一斑。

在第一批星系形成之后，还需要非常漫长的时间，引力才能把星系“摊成”薄饼状，并形成旋臂。在引力混乱的早期宇宙中，不允许星系形成独特的螺旋结构。

天文学家估计，只有宇宙诞生40亿年后，才有条件大量形成螺旋星系。而螺旋星系BRI 1335-0417的出现比理论上早了26亿年，它的螺旋结构成因不明，这是天文学家目前所无法理解的现象。

虽然BRI 1335-0417还不是成熟的螺旋星系，但它的两条旋臂非常明显，从星系中心向外延伸了大约1.6万光年。在该星系的中心，天文学家还发现了一个质量高达太阳60亿倍的超大质量黑洞，它正在大量吞噬物质，释放出强烈的电磁辐射。BRI 1335-0417的总质量大致相当于银河系的质量，对于一个存在于年轻宇宙中的星系来说，这个星系无疑是一个巨无霸。

最后值得注意的是，BRI 1335-0417星系出现在宇宙年龄只有14亿年时，而目前宇宙年龄为138亿年，这意味着该星系存在于124亿年前。那么，它是如何在124亿年的时间里，运动到249亿光年之外呢？难道它的运动速度超过了两倍光速？

事实上，这个星系并没有超光速，这是宇宙空间持续膨胀的结果。在124亿年前，它与银河系的距离还没有那么远。然而，由于该星系与银河系之间的空间不断在扩张，导致它发出的光用了多达124亿年的时间才到达银河系。

而在过去124亿年里，这个星系随着空间膨胀，不断远离而去，使得两个星系目前分开的距离达到了249亿光年。它们之间的实际距离并不是124亿光年，这个星系发出的光走过的距离才是124亿光年。这是空间膨胀的结果，不受光速的限制，星系本身在空间中的运动速度远远小于光速。

参考文献

[1] Takafumi Tsukui, Satoru Iguchi, Spiral morphology in an intensely star-forming disk galaxy more than 12 billion years ago, Science, DOI: 10.1126/9680.

第一代星系诞生是什么时候？

地球是太阳的行星，行星轨道绕着恒星太阳转。太阳是恒星，是一团高热的气体、巨大的火球，发出光和热。银河系总共有几千亿恒星，太阳是其中之一。

天文学家发现宇宙不是一开始就存在的，它的起点是在138亿年以前的一场大霹雳──能量、物质、时间、空间全部在大霹雳中一起大膨胀。从大霹雳发生之后不久，膨胀中的宇宙充满着一团由简单原子组成的发光热气体。想知道所有的星系、恒星、行星都是由什么形成的？这也可以请ALMA帮忙。

首先，我们知道宇宙中的热气体冷却后就变暗了。然后，冷气体由于本身的重力而凝结成块，形成第一代星系。当中小块的气体就在这些暗云中又再度发热，开始发光。这样，诞生了第一代恒星。

膨胀中的宇宙插画。图片版权: Frannerd + A. Peredo – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

目前为止，理论上，恒星诞生的故事是这样的。我们要请ALMA帮忙检查看看这理论是否完全没错。我们知道有些望远镜可以回到过去，ALMA也可以。从遥远的恒星或星系而来的光要走非常长的路才会抵达地球。所以从距离它们很远的地球看过去，会看到一些早在几十亿年前就已经朝我们出发的光当时的情形，那是星系在几十亿年前看起来的样子。

要拥有回到过去的能力，必须能看见很深很深的太空。地面大型望远镜和太空望远镜，譬如哈柏，都曾写下纪录，看到120亿光年远的星系。意思是说这些星系的光，花了120亿年才抵达地球，这样，我们所看到的星系可以帮忙我们认识极早期的宇宙。

可是，现在的望远镜还没办法看得到这些遥远星系里最先出现的第一代恒星。这样的话，怎么会知道第一批恒星「点亮」的时间是发生在什么时候呢？ALMA又可以帮忙了！在恒星生命终了的时候，会朝太空吹出大量的气体尘埃。最大的恒星甚至会整个支解。这样的超新星爆发，将会产生很多很多星尘。

ALMA能侦测到这些尘埃发出的电波。如果在遥远星系中侦测到尘埃，当然就能确定星系里有恒星啦！ALMA能确切地告诉我们恒星尘埃最早出现是在什么时候，这样也就回答了恒星何时形成的问题了。真厉害。

当然，ALMA看近的东西也没问题，从距离我们不太远的星系冷尘埃的资料，ALMA也能有很多新发现。这些都有助我们了解完整的宇宙历史！

135亿光年：天文学家发现迄今为止最遥远的星系

最近国外的天文学家发现了一个迄今为止最遥远的星系——HD1，这个星系的红移值达到了惊人的13.27，这意味着其距离我们大约有135亿光年，也就是宇宙大爆炸后大约3.3亿年的时候，HD1星系就诞生了。 现有理论认为宇宙并不是无限的，而是在138亿年前在大爆炸中诞生的，为了了解星系是如何在早期宇宙中形成的，天文学家一直在寻找最遥远的星系。 但是由于光速的限制，这些宇宙早期诞生的星系所产生的的光传播到地球需要很久很久的时间，因此，研究遥远的星系可以让我们回顾它的过去。 在HD1前最遥远星系的记录保持者是GN-z11，它是由哈勃太空望远镜发现的，红移值为11.0，也就是大约134亿光年远的星系，只是这个距离已经是哈勃太空望远镜探测能力的极限。 最遥远候选星系HD1是由日本的昴星团望远镜、可见光和红外巡天望远镜(VISTA)、英国红外望远镜(UK Infrared)、史匹哲太空望远镜(Spitzer Space telescope)在总共1200小时的观测资料中发现的，该团队接着利用阿塔卡马大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)进行了后续观测，以确认HD1的距离。 HD1的发现，表明星系能够在诞生在宇宙大爆炸后仅3亿年的时候，这对现今的星系形成理论提出了挑战。 HD1在紫外光下非常明亮，这通常表明这个星系正在快速的产生恒星，如果HD1属于一个星爆星系，那么其每年大约能够产生100多颗新恒星。 而且这些恒星都是属于第三星族星（宇宙早期形成的极重、极热且低金属的恒星），这些恒星比今天恒星的质量更大，亮度更高，温度也更高，但是它们的寿命通常也很短，一般几百万年就会消耗掉燃料。 强烈的紫外线亮度还可能有另外一种可能性，那就是HD1拥有一颗最早的超大质量黑洞。 当黑洞吸收物质的时候，高能光子会在黑洞周围剧烈旋转，从而导致紫外线亮度大增。 不过到目前为止，科学家对于HD1的了解依然很有限，只是它的一系列的特征表明它是一个非常值得研究早期宇宙的对象。 科学家将会通过更强大的詹姆斯韦伯太空望远镜来对它进行进一步的研究观测。

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