在早期宇宙發現大量巨大「黑暗」、「看不見」的星系

I想像你半夜裡站在大草原上,遠方是黑暗森林的入口。你拿起雙筒望遠鏡對森林觀察,看見很多螢火蟲在樹林裡飛來飛去。太好了,這樣就知道森林裡有什麼動物了,對吧?

接著,你拿起夜視鏡。夜視鏡因為能感應到生物的體溫,所以不僅看得見螢火蟲的光,也能看到紅外光,於是你把夜視鏡戴上。突然間,其他物體也能看得到了。老鼠、刺蝟、鳥、偶爾還能看見豬、鹿。這些動物都比螢火蟲大,數量也較多。

天文學家們在宇宙中也遇到類似的情況。過去他們用哈伯太空望遠鏡去調查遙遠的黑暗的宇宙,結果發現了很多星系。因為那些星系製造了大量的新恆星,所以發出了很多「可見光」(「可見光」就是「人類眼睛能看得到的那種光」),這類會製造大量新恆星的星系,天文學家稱為「星暴增星系」。

最近,天文學家用凹瑪望遠鏡觀測了之前用哈伯望遠鏡看過的同一小塊天空。凹瑪觀測的波段不是可見光,而是電波光,也就是「毫米波」和「次毫米波」──這麼一來,天文學家就好像「戴上夜視鏡」一樣了!令人驚訝的是,他們發現很多哈伯太空望遠鏡看不到的,又巨大又黑暗的星系。

以「製造新恆星數量多不多」來說,凹瑪望遠鏡新發現的這些星系雖然比不上先前哈伯太空望遠鏡找到的那些星暴增星系,但製造的新恆星也算滿多的。不過,這些由凹瑪望遠鏡發現的星系的新恆星所發出的可見光,卻被非常多的塵埃吸收了──這也就是為什麼這些星系只能藉「看得到次毫米波和紅外線」的望遠鏡來觀測的原因。

哈伯太空望遠鏡和凹瑪望遠鏡探測到的這些星系都非常遙遠。由它們發出來的光到達地球大約需要100億年。也就是說,我們看到了100億年前,宇宙還很年輕的時候。再過一段時間後,凹瑪望遠鏡這次發現的這些又暗又巨大的星系,就會進化成現今宇宙中的巨大的橢圓星系。

但這是個費解的謎。100億年前,能孕育出大量星星的巨大星系竟然有那麼多?這是誰也沒有想到過的。顯然,這樣的星系,比天文學家原本預想的形成速度更快,且數量更多。因此,我們有必要重新思考星系從誕生到成長的過程了。所以,這是個非常重要的發現。


發現了什麼?

凹瑪望遠鏡所發現的巨大暗星系是位於一塊被稱為「坎多絲視場」的地方,(英文叫做CANDELS),是天空中被特別詳細研究的一小塊。天文觀測方面,「視場」指的是一小塊天空。之前哈伯太空望遠鏡在這個「坎多絲」視場發現了很多遙遠的星暴增星系,之後,專門進行紅外波段觀測的史匹哲太空望遠鏡,也繼續在這塊視場中發現了哈伯圖像中所看不到的63個天體。但是可惜,史匹哲望遠鏡取得的圖像中並沒有能足以詳細辨別這些天體真正屬性的資訊。最近凹瑪望遠鏡憑著它的高靈敏度及銳利的視力,在那63個天體中發現其中39個發出的次毫米波。這些都是質量巨大而黑暗的星系。這些星系所製造的新恆星數量比銀河系多100倍,但大部分的星光被塵埃吸收。根據凹瑪望遠鏡發現的數量推估,整個星空中應該有2千萬個以上的巨大黑暗星系。

誰發現的

凹瑪望遠鏡對這些遙遠巨大星系所做的觀測,由日本東京大學王濤教授帶領大型國際團隊負責執行。這是相當重要的發現,結果刊登在世界頂級綜合型科學期刊《自然》。

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