红外线卫星找到“宇宙边缘”的尘埃

随着观测能力更强大的红外线太空望远镜的问世，斯皮策和赫歇尔太空望远镜观测到了十分遥远星系的尘埃特性，从遥远星系发出的光线经历了十分漫长的穿行，从遥远的星际空间到达了地球，漫长旅途花费的时间超过了宇宙年龄的90%，最古老的光线是从宇宙最早期的星系发出的，最遥远的星系几乎徘徊在宇宙的边缘。斯皮策和赫歇尔太空望远镜观测到了极为遥远的星系，从遥远的星系和尘埃物质发出了十分明亮的红外光。

遥远的星系还能非常明亮，主要的原因是在星系内出现了数量庞大的恒星，聚集的恒星之光照射并加热了星系内外的尘埃物质，温度不断地上升，激发了尘埃物质的辐射效应，向外传播了强烈的红外线辐射。天文学家观测和研究了2500个遥远的星系，它们与地球临近的本地星系相比呈现了不同的特征，可能是由于尘埃类型和尘埃所处环境的不同带来的。邻近的本地星系距离地球只有数亿光年，它们是地球所在的银河系的邻居星系。

可以将临近的本地星系视为参照的样板，在本地星系的基础上观测和分析遥远的星系。数十年以来，天文学家一直认为，早期的宇宙极其活跃，早期星系有批量制造恒星的强大威力，然而，通过与临近的本地星系相比较，需要了解一个关键的问题：遥远的星系是否出现了足够的差异？这是否反映了不同的物理变化过程？进一步说来，临近的和遥远的星系是否都适用于现有的星系模型？是否有必要调整和修改现有的星系模型？天文学家对找到临近和遥远星系的共同点和不同点产生了浓厚兴趣。

哈佛-斯密森尼天体物理中心的天文学家黄厚尚参与了一项合作研究，天文团队分析了从遥远星系获取的观测数据，拟定了遥远星系特征的研究课题。功能强大的赫歇尔太空望远镜经历了4年时间的天文观测，收集了大量从遥远星系发出的红外线，赫歇尔望远镜不久前结束了科学探测活动，欧航局发射的赫歇尔卫星从此退出了天空舞台。赫歇尔卫星收集了5万多个星系的观测数据，天文团队从中筛选了2500个星系，除了收集和分析赫歇尔和斯皮策卫星拍摄的清晰图片和收集的数据，天文团队还参考了其它探测器收集的红外线观测数据，以此作为作为参考或辅助资料。

天文团队第一次使用了超大规模的数据样本，分析和研判了遥远星系的特征，拥有2500个遥远星系的样本，大量的数据保障了分析结果的可靠性。筛选的星系样板不受观测者参照标准的影响，数据样本分析的结果令人感到吃惊，天文团队在对遥远星系与临近星系的特性进行比较的基础上发现，相对于两类星系中同等光度的尘埃说来，遥远星系的尘埃温度比临近星系的尘埃温度低，这似乎违背了天文物理学的常识，遥远星系诞生在宇宙的早期，它们的尘埃温度比临近星系尘埃的温度高。

通过测量尘埃温度和其它的物理指标，天文团队推测尘埃的特性和所处的环境在时间进程中发生了变化，但天文学家目前对星系尘埃的演变方式知道得不多，还不能很好地解释星系尘埃和周围环境的相关性，尘埃的演变过程和其中的原因有待解释。尘埃的演变环境可能与多样性的星系类型有关，但天文学家目前对早期宇宙的多样态星系缺乏足够的观测和分析。遥远星系几乎是在宇宙大爆炸之后的不久时间就开始形成，目前的宇宙演化模型预测了最早星系诞生的时间，但实际观测的星系似乎比宇宙模型预测的星系诞生时间更早，遥远星系的诞生时间毫无悬念地成了天文学家的兴趣所在和探究的课题。

（编译：2021-6-20）

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