天文學家新發現 早期宇宙藏有更多的超巨大星系

  • 次毫米星系比我們的銀河系還亮數千倍,它們巨大的輻射能量來自無數的年輕恆星,或其核心的超大質量黑洞。它們發出的可見光大部份都被濃厚的塵埃吸收;塵埃 被輻射加熱後,在遠紅外波與次毫米波段釋放能量。這類星系在今日的宇宙為數極少,但在遙遠的早期宇宙卻相當常見。圖片根據哈柏太空望遠鏡拍攝圖像製作(圖 片來源:NASA、STScI,中研院提供)

記者曹逸雯/台北報導

次毫米星系(dusty galaxy)是距離地球十分遙遠的超巨大星系,其光芒被深厚的宇宙塵埃阻隔,不易透過一般可見光天文望遠鏡觀測。中央研究院天文及天文物理研究所研究員 王為豪博士最近主持一項跨國研究計畫,運用最新改良的次毫米波陣列望遠鏡,觀察到新的次毫米星系,並推測此類星系的數量可能超過之前天文學界的估算。

此篇研究2010年12月16日發表在國際頂尖期刊「天文物理期刊通訊」(The Astrophysical Journal Letters)雜誌。除了王為豪博士,本研究另外三位研究人員為來自夏威夷大學(University of Hawaii)的Dr. Lennox L. Cowie與Dr. Jonathan P. Williams,以及威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的Dr. Amy J. Barger。

次毫米星系出現在宇宙大爆炸之後20到60億年間(目前宇宙年齡推測約140億年),地球上所看到的其實是早期遙遠的宇宙所傳來的影像。次毫米星 系雖然比我們的銀河系明亮數千倍,其發出的可見光幾乎全被大量塵埃吸收,需透過遠紅外線或次毫米波(submillimeter array)才能見到塵埃被加熱後放出的熱輻射。這些古老星系正經歷最劇烈的生命階段,有的以無比的速度製造年輕恆星,有的其核心有著超大質量黑洞。今日 宇宙中所有的大型星系都曾經歷這些過程。

研究團隊透過升級過的次毫米陣列,發現超出預期數量的次毫米星系。王為豪博士表示:「基於以往研究,我們預期找到兩個這樣的星系,最後卻看到五個」。這超過兩倍的數量差異,使得研究團隊懷疑過去的估算可能過於保守。

另一位科學家、夏威夷大學天文所的Dr. Lennox L. Cowie表示:「早在十多年前,我們就透過毛納基峰頂上的馬克斯威爾(James Clerk Maxwell)望遠鏡,觀測證實次毫米星系的存在,但當時的成像相當模糊。現在有了次毫米陣列提供的銳利影像,發現之前模糊影像中的單一星系,其實是由 數個略小的星系組成的。這改變了我們對這類星系的想法;原來這些星系比我們先前認知的小了點,但數量卻多了些。」

本研究運用的次毫米陣列由中研院天文所與史密松天文台(Smithsonian Astrophysical Observatory)於夏威夷毛納基峰合作興建,是以八個天線組成的電波干涉儀,是目前在次毫米波段解析力最高的望遠鏡,可提供無比清晰的次毫米影 像。2009年,這座望遠鏡進行了一次重要的性能升級,透過觀測頻寬的加倍,提升了觀測靈敏度,也促成了本研究的發現。中研院另外參與的阿塔卡瑪大型毫米 波/次毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array)將是一個更具威力的次毫米望遠鏡,可望對埋藏在塵埃中的早期宇宙星系,提供空前的觀測成果。阿塔卡瑪陣列要到2013年才能全速運轉。

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