最远的星系:代号HD1 目前距离地球337亿光年 且还在远离中
当我们仰望夜空时,我们所看到的大多数星星都源自我们所在的银河系。银河系对于人类来说已经显得浩瀚无边,其直径达到了16万光年,但在无尽的宇宙中,银河系却微不足道,它只是数以千亿计的星系之一。光速虽然是宇宙中最快的速度,但也有限,所以越远的星系发出的光需要更长时间才能到达我们,这使我们有机会穿越宇宙的时间,观察宇宙诞生之初的面貌。
2012年9月25日,NASA公开了一张由哈勃望远镜拍摄的极端深空场照片,其中仅有满月十分之一大小的角落包含了近万个星系。科学家根据这些星系的分布估计,在我们的宇宙中至少有两万亿个与银河系类似的星系。
美国和日本的天文学家观测到了一个名为HD1的星系,其红移值为13.24,根据他们的测算,HD1距离地球高达337亿光年,这是迄今为止发现的距离地球最远的星系。然而,光速虽然是最快的速度,但它也有限,每秒约30万公里,所以HD1的光需要135亿年才能抵达地球。那么为什么HD1距离地球337亿光年,但光只花了135亿年才到达?
美国哈佛-史密松天体物理中心的Fabio Pacucci团队通过多个大型望远镜的观测数据发现了HD1,并在智利使用阿塔卡大型阵列望远镜对HD1进行了详细观察,最终确定了其与地球的距离为334亿光年,比之前发现的GN-z11还远10亿光年。GN-z11是在2016年由美国宇航局和欧洲航天局联合发现的,其红移值为11.09,距离地球约324亿光年,发出的光历经134亿年才到达地球。这意味着GN-z11星系在宇宙诞生后的四亿年就出现了,而HD1星系则诞生在135亿年前,即宇宙大爆炸发生后仅三亿年。
HD1几乎是目前人类技术能够观测到的极限,而其明亮程度在紫外线波长下尤为显著。关于其巨大的能量来源,研究人员提出了两种可能的解释。一种可能是HD1星系的中心存在着一个超大质量黑洞,由于星系形成时间早,其中的恒星多为第一代恒星,它们质量更高,体积更大,因此在被黑洞吞噬时会释放出更大的能量,产生强烈的电磁辐射。据估计,这个黑洞的质量可能达到太阳的一亿倍左右,但研究人员认为黑洞的成长需要时间,无法想象它是如何在仅诞生3亿年的宇宙中迅速增长到如此庞大。另一种可能是HD1是一个星暴星系,即在星系内部正在经历恒星大爆发。在HD1星系诞生初期,内部存在大量的气体云,这些气体云聚集坍缩后会形成恒星。根据辐射能量的估算,HD1每年至少要产生100多颗与太阳质量相当的恒星,才能释放如此明亮的紫外线辐射。
然而,问题在于为什么HD1发出的光能够在135亿年的时间里走过337亿光年的距离。宇宙学的现代观点认为,宇宙起源于约138亿年前的大爆炸,此后整个宇宙一直在快速膨胀和扩张。宇宙学家埃德温·哈勃在20世纪20年代首次发现了这一现象,他发现宇宙不仅在边缘膨胀,而且整个宇宙都在膨胀,就像充气的气球一样。这意味着星系与星系之间的距离不断拉远。回溯到数十亿年前,HD1星系与原始银河系的距离只有24亿光年,因此只需24亿年,HD1的光就可以到达银河系。但由于宇宙的膨胀,它们的距离逐渐拉远,最终导致光花费了135亿年的时间才能追上银河系。这种看似超越光速的现象实际上是由于宇宙的膨胀,而不是星系本身的运动,因此并不违反相对论。
在现代宇宙学的理论中,宇宙的膨胀速度约为每秒67千米每百万秒差距,即每326万光年,星系相对于我们的距离每秒增加67千米。135亿年前,HD1星系和原始银河系之间的距离为24亿光年,只需要24亿年,HD1的光就能到达银河系。然而,宇宙膨胀导致它们的距离不断增加,最终需要135亿年才能赶上银河系。所以,这种现象并没有违反相对论,而是由于宇宙的膨胀。我们通常说的宇宙直径约为930亿光年,但这只是我们可观测到的范围。根据估算,随着宇宙的不断膨胀,某个距离界限之外的光将永远无法到达地球,这个界限大约为610亿光年,这意味着人类可能永远无法看到宇宙的全部。在无限广袤的宇宙中,我们只能观测到有限的一部分,而宇宙的秘密和未知领域还有待继续探索。这是宇宙中最遥远的星系HD1所带来的思考,它让我们感受到宇宙的无限之美和深不可测。
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