为什么宇宙年轻时就看起来就这么成熟?(图)

【明慧网2005年1月12日】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