組圖:NASA發現早期宇宙留下恆星星雲遺蹟

發表:2005-11-04 21:30
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美國宇航局(NASA)一項最新研究報告稱,天文學家利用斯皮策太空望遠鏡,首次成功捕捉到被認為是宇宙發展過程中最早一批恆星天體,在宇宙誕生初期遺留下來的紅外輻射證據。天文學家表示,如果上述發現能夠被最終證實,該研究將首次向人們展示出距今130億年前宇宙剛誕生時的雛形模樣,同時將有望揭示宇宙中各個星繫在「大爆炸」發生僅數億年後開始形成時,整個宇宙的實際發展情景。

據悉,上述發現由一個來自美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究小組,利用斯皮策太空望遠鏡觀測時首次獲得的,相關的研究報告刊登在2005年11月3日新近出版的《自然》雜誌上。

天龍座的紅外輻射

據來自戈達德研究中心的科研人員介紹,利用NASA斯皮策太空望遠鏡上攜帶的紅外線陣列照相儀,研究小組對天龍座星雲進行了為期10小時的拍照,經過後期圖像分離處理後,在屏蔽其它恆星光源干擾的情況下,成功獲得了該區域瀰漫紅外輻射的高清晰實景圖像。研究小組表示,紅外射線主要來自天龍星座的第三星族,該星族恆星形成時間在天龍星座所有恆星中是最早的。




上圖為斯皮策太空望遠鏡拍攝天龍座星群中恆星及星雲的紅外圖像;下圖為移去恆星星雲後留下的早期宇宙紅外輻射遺蹟圖像

據來自戈達德研究中心的科學家介紹,此次觀測拍攝到的這些宇宙紅外射線,極有可能就是大爆炸後出現的最早一批恆星,或者形成第一批黑洞的高溫氣體,在宇宙形成初期放射演變而來的。但是,由於這些光線來自非常遙遠宇宙深處,因而要想分辨出單獨的發光天體非常困難。

戈達德研究中心的系統科學和應用科學專家亞歷山大-卡什林斯基博士表示:「這次看到的圖像情景很可能就是宇宙誕生初期,數以百萬計形成宇宙的第一代恆星天體同時發出光線的集合圖像。儘管那些發光的恆星天體到今天早已在宇宙中衰亡消失了,但是它們曾經發出的光輝和能量,時至今日卻仍然還在浩瀚的宇宙中傳播著。」亞歷山大博士是前述《自然》雜誌上相關文章的作者之一。




圖為雛形宇宙中第一批開始發光的恆星,以及早期星系形成情形的概念合成圖

 大爆炸和紅移現象

根據「大爆炸」理論的解釋,科學家們認為整個宇宙的時間和物質都是在距今137億年前一次最初的爆炸中誕生的。上世紀中提出的大爆炸理論認為:宇宙是由早期溫度極高、密度極大、體積極小的物質迅速膨脹形成的,這是一個由熱到冷、由密到稀,不斷膨脹的過程,猶如一次規模極其巨大的超級大爆炸。而在大爆炸發生大約2億年後,第一代恆星才開始發光。

理論學家認為,宇宙中的第一代恆星天體,具有相當於太陽一百倍以上的規模,有超高的溫度和亮度,但是壽命較短,每一顆恆星大約只能燃燒幾億年就衰亡了。因為宇宙的膨脹趨勢,像來自天龍星座第三星族中恆星發出的紫外光譜,將向低能量的光譜區域偏移,既出現所謂宇宙紅移現象。而這些光線等到達地球,便會以紅外線的形式被我們觀測到。




圖為宇宙誕生初期的概念合成圖像,圖中的亮點表示宇宙最早一批恆星發生爆炸的情景

研究小組的約翰-瑪瑟博士在介紹其研究時說:「在獲得天龍星座的奇異紅外輻射發現後,研究人員隨後將深入的觀測擴大到了整個宇宙範圍。我們將斯皮策望遠鏡對準了每一個熟悉的恆星和星系,不論是遠的還是近的,只要是我們知道的都成為拍攝的對象。當研究人員最後將所有恆星和星系從拍攝照片中撤除時,留下來的就是現在所看到的奇妙景象,一副天空中光點密佈的紅外射線圖像。對於這些宇宙紅外輻射,我們認為正是在雛形宇宙中存在過的那些早期恆星留下的遺蹟。」

斯皮策太空望遠鏡

據悉,斯皮策望遠鏡此次的發現,與 NASA上世紀九十年代的宇宙背景探測衛星(COBE)所獲得的結果相互吻合,當時COBE探測器的研究結果顯示,在宇宙中將有一個源自於現存恆星光源以外的「紅外射線背景」存在。同時,斯皮策的觀測也為NASA威爾金森微波各項異性探測器的研究結果提供支持。科學家根據當時威爾金森探測器的研究結論預測,有可能在「大爆炸」發生的2億到4億年後,早期的恆星天體才開始向外發光。




NASA斯皮策太空望遠鏡,是目前觀測宇宙紅外輻射和熱輻射解析度最高的望遠鏡。

研究小組的成員之一,負責NASA斯皮策望遠鏡觀測儀器的科學家哈維-莫塞利博士表示:「此次的觀測任務對斯皮策望遠鏡上裝置精度的要求超出了最初設計極限。為此,研究人員付出了大量努力,儘可能地排除其它輻射源對最終觀測結果的干擾。」最終,憑藉斯皮策太空望遠鏡上紅外線陣列照相儀低噪音高解析度的優勢,研究小組從宇宙星雲圖像中成功地消除了後期年輕恆星星族帶來的影響,成功捕捉到早期宇宙留下來的輻射信號。

對於此次得到的宇宙紅外輻射背景圖像,科學家最後表示今後將展開更為深入的研究任務,希望通過下一步的研究分析,能將這些集合光源進行分解,最終找出圖像中暗含的早期宇宙中恆星爆炸或第一代宇宙黑洞形成的線索。



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