双黑洞形成的类星体
哈勃望远镜的观测证据显示,距离地球最近的类星体是由两个超大质量的黑洞在马卡利安231星系中心相互转动所驱动的。类星体是活跃星系的核心,拥有数十亿颗太阳的质量,却被压缩到与太阳系大小差不多的空间中。而目前可以想象到的能提供这么巨大的能量输出的只能是巨型黑洞,因为巨型黑洞的质量可达到太阳质量的数百万到数十亿倍。
而哈勃恰好观测到了一团物质在落入马卡利安231星系中心并引发了紫外线的变化,也因此揭示了这个秘密。
如果星系中心只有一颗黑洞的话,这时整个吸积盘就会在紫外线中发光,但实际情况正好相反,紫外线突然向中心减弱,这表明了在这个圆盘中有一个巨大的环形洞围绕着中心黑洞。根据动力学模型,对这个现象最好的解释是,圆盘的中心是两个互相围绕轨道运动的黑洞制造出来的。第二个黑洞应该来自一个较小的星系,在大约100万年前,这个星系与马卡利安231合并形成了这个类星体。
这一发现表明,类星体通常可能是包括两个超大质量的黑洞,在两个星系合并后,这两个黑洞形成了这样一个系统,而导致了一个类星体的产生。
在马卡利安231星系的中心,很可能是两个巨型黑洞相互环绕而形成的类星体,这里距我们5.8亿光年
探测那些宇宙深处的天体
在哈勃望远镜发射之前,我们对遥远宇宙的认识非常有限,天文学家最多只探测到大约70亿光年远的距离,那些被称为宇宙灯塔的类星体距离我们在100亿光年左右,但这些天体究竟是什么样的,在很大程度上还是一个谜。
而哈勃望远镜的观测使我们的视野极大的扩展了,我们今天最远可以观测到134亿光年以外的星系,这是其他任何望远镜都无法观测到的。哈勃望远镜可以观测到如此遥远的天体,方法之一是借助了宇宙中的一种天然镜头,这是一种叫做"引力透镜"的现象,是由大质量星系团的引力场造成了空间的弯曲,并因此放大了位于其后面更远处的星系的光线。利用这种现象,哈勃望远镜可以看到比它自身能看到的极限更遥远的地方。
这是阿贝尔370星系团的照片,引力透镜使得一些星系的光被拉伸变长
一个已经死亡的星系
哈勃曾发现一个已经"死亡"了的盘状星系,星系中不再有新的恒星形成,现有的这些恒星在宇宙诞生后不久就已经存在了。以前天文学家认为最早一批星系中的恒星形成是由于星系之间的相互吸引与合并引起的,同时就会形成更大一些的圆形和椭圆形星系。但是,根据哈勃望远镜的观测,一个编号为MACS 2129-1的星系中,其恒星是形成于星系盘之中的,这就使得天文学家需要重新考虑早期星系中的恒星形成的机制了。
哈勃望远镜利用了一个引力透镜拍摄到了这个星系,前面星系团的巨大引力将其后面星系发过来的光线弯曲放大,这才让我们看到了后面更遥远的星系。通过数据分析,这个星系的质量是银河系的三倍,但大小只有银河系的一半。欧洲南方天文台利用甚大望远镜(VLT)进行了测量,结果显示这个星系的旋转速度与银河系一样。目前,我们仍不清楚是什么机制,造成了这个星系中不再产生新的恒星了。
在MACS J2129-0741星系团的引力作用下,一个更遥远的星系被哈勃所观测到
宇宙中最耀眼的红外星系
利用引力透镜,哈勃还拍摄到宇宙中最亮的红外星系的图像,这些距离遥远的星系发出的红外光是银河系的1万倍,哈勃的观测结果显示这些星系错在于80~115亿年前,那时正是宇宙中恒星形成的高峰期。
这些遥远的星系拥有与银河系中相同数量的气体,产生恒星的数量是今天的银河系的5千到1万倍。这些星系被尘埃笼罩,在可见光波段显得非常微弱,难以探测到。但是这些星系发出的红外光却可以穿透尘埃,其亮度可达到太阳的1万亿到100万亿倍。
天文学家估计,这些超亮的红外星系数量并不多,但是通过这些星系仍然可以让我们了解这些星系中恒星是如何形成的。在这些星系中,星系之间的碰撞引发了恒星的诞生,但天文学家们还不清楚是什么推动了这些星系之间的碰撞,或者是有星系外部的气体落入星系而引起恒星的诞生。总之,引力透镜放大了遥远星系的细节,而哈勃通过观测这些细节,也向我们揭示了更多的奥秘。
这六张照片显示了被引力透镜放大拉伸的红外星系
在早期宇宙中发现的一个被拉伸的星系
哈勃望远镜通过引力透镜,观测到了一个在宇宙诞生后约5亿年就形成的星系,这个星系叫做SPT0615-JD,在前方星系群的引力作用下其微弱的光线被放大拉伸。
哈勃之前也发现过一些早期的星系,但大多数都是很小的一个点状,而这个SPT0615-JD在被引力透镜拉伸后,可以观测到更多一些细节。
通过哈勃望远镜和斯皮策太空望远镜的观测结果,证实这个星系距离我们133亿光年远。初步的分析表明,这个星系的质量不超过太阳的30亿倍,也就是说只有银河系的1/100,其直径也不到2500光年,差不多与小麦哲伦星系相当。这个星系很可能是当时星系的典型状态,通过对这个星系的观测,我们了解了最早形成的星系的样子。
放大的红色条纹就是在宇宙诞生5亿年后的星系
发现遥远宇宙深处最微弱的星系
利用一个叫做MACS J0416.1-2403的巨型星系团所产生的引力透镜,哈勃望远镜发现了宇宙早期最微弱的星系,这个星系在大爆炸后约4亿年形成,经过引力透镜的放大,使得这个星系比正常情况亮了约20倍。星系的大小与大麦哲伦星系相当,但其中恒星形成的速度比大麦哲伦星系快了10倍。这个星系的中心正在形成一个核心,不久后就会演化为一个完整的星系。
虽然我们已经定位到更远一些的星系,但是这个星系代表了一些新形成的星系,在早期的宇宙中这种星系应该比较常见。这些星系可能代表了早期宇宙中的典型星系,为我们了解最初的星系形成和演化提供了新的信息。
放大图中的红色斑点是在宇宙诞生后4亿年的星系
超越极限的宇宙边界
目前,哈勃望远镜发现了迄今为止最远的星系,这个星系被称为GN-z11,距离我们大约有134亿光年。这星系比银河系小25倍,质量只有银河系的1%,但是这个星系正在快速的成长,其中恒星的生成速度是银河系的20倍。
在银河系附近的星系,其中的恒星的光芒是明亮而蓝色的,但是这个星系中的恒星看起来却是红色的,这是因为由于距离的遥远,其发出来的光波受到宇宙膨胀的影响而变得更长,因此会显得更红一些。
天文学家利用哈勃望远镜和斯皮策望远镜更精确的测量了这个星系的距离,这是首次对如此远距离的天体进行测量,这已经达到哈勃望远镜的极限能力了。
迄今为止观测到的最遥远的星系GN-z11
30年来,哈勃望远镜为我们揭示了一个又一个的宇宙秘密,发生在遥远的星系中的天体演化的故事,在哈勃望远镜的密切观测下,被暴露在我们的眼前。让我们逐步的了解到恒星、星系和宇宙之间的演化原理,使我们的认知越来越接近宇宙的真实面貌。
在可预见的未来几年中,哈勃望远镜还将继续坚守其岗位,发挥着余热,为我们带来更多的宇宙深处的秘密。
而即将升空的詹姆斯韦伯望远镜将成为哈勃望远镜的继任者,韦伯将拥有比哈勃更大的镜面,其直径将达到6.5米,同时技术上也会比哈勃更加先进。因此,韦伯望远镜将会比哈勃看的更远,会看到更加接近宇宙诞生时的样子。
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