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楼主: hkhtg090201
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著名望远镜之:哈勃太空望远镜综合帖:哈勃七大顶级发现

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 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-10-9 15:53 | 显示全部楼层

   哈勃等发现宇宙黑暗时代边缘的超遥远星系
[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2012-10-08 22:11:14 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:178次 ]


原文标题:NASA Telescopes Spy Ultra-Distant Galaxy Amidst Cosmic 'Dark Ages'
原文作者:郑玮,J.D. Harrington,Whitney Clavin;
来自:哈勃官网; 发表时间:2012.9.19;
翻译:gohomeman1  审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)


2012.9.19:美国宇航局(NASA)的两个空间望远镜——哈勃太空望远镜、斯必泽红外望远镜,结合引力透镜效应,协同发现了迄今最遥远的星系。137亿年前宇宙大爆炸后仅仅5亿年,年轻星系的光就出发了,今天刚刚抵达轨道望远镜。这个遥远的星系生存于早期宇宙的一个重要时期:脱离黑暗时代。在该时期,宇宙从毫无星光的黑暗混沌时代逐步演变为充满星系的光明时代。发现如此暗淡的微型星系,就是开启了一扇了解最幽远宇宙的窗口。

                               
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哈勃拍摄的已知最遥远星系。图的左方,是超星系团MACS J1149+2223(数字代表巡天系统中的相对方位)中的各种星系。超星系团的强大引力透镜效应,使新发现的最遥远星系——MACS1149-JD,增亮了约15倍。右上图为后者所在天区的放大图像,而右下为深度放大的图像。大图下载:3.5MB,版权:NASA,ESA,CLASH团队,本文原作者,下同。
美国宇航局(NASA)的两个空间望远镜——哈勃太空望远镜、斯必泽红外望远镜,结合宇宙的引力透镜效应,协同发现了迄今最遥远的星系。137亿年前宇宙大爆炸后仅仅5亿年,年轻星系的光就出发了,现在刚抵达轨道上的太空望远镜。

这个遥远的星系生存于早期宇宙的一个重要时期:脱离黑暗时代。在该时期,宇宙从毫无星光的黑暗混沌时代逐步演变为充满星系的光明时代。发现如此暗淡的微型星系,就是开启了一扇了解最幽远宇宙的窗口。

研究报告首席研究员、巴尔的摩市约翰•霍普金斯大学天文物理系的郑玮解释说:“我们有足够的精度把握,发现的该星系是迄今最遥远的天体。我们将继续研究此星系,我们还希望发现更多的类似天体,以了解最早期的天体是怎样的,宇宙黑暗时代是如何结束的。”报告已经刊登在最新的《自然》期刊上。


                               
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新发现的最遥远星系图像及其放大图像
来自该原始星系的光在宇宙中旅行了132亿年才到达哈勃和斯皮策望远镜。或者说,与当前的宇宙年龄相比,该星系所在的宇宙仅相当于当前年龄的3.6%。从专业角度说,它的红移值(z)=9.6。红移表征因为宇宙膨胀,光线向长波方向移动的幅度。天文学家用红移区分遥远天体的距离。

与此前该距离段的星系候选者仅在单一波段看到不同,新发现的星系在5个不同的波段都可以观测到。作为"星系团引力透镜和超新星哈勃巡天项目"(CLASH)的一部分,哈勃太空望远镜在四个近红外波段(F110W-F160W)观测到该星系;而斯皮策空间望远镜在第五个中红外波段(4.5μm)观测到它。因此本发现有着坚实的观测基础。


                               
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PDF中对遥远星系红移值的拟合
如此极端遥远的天体,早已超出了当前最大望远镜的观测能力。要获得这么早期的遥远星系的信号,天文学家只能靠引力透镜效应了。一个世纪前,阿尔伯特•爱因斯坦指出,前景天体的引力能弯曲和放大背景天体的光。位于我们和新发现星系中间的超级星系团,使这个遥远天体增亮了近15倍,让我们得以看到它。

基于哈勃和斯必泽的观测数据,天文学家认为当我们看到该遥远天体时,它还不到2亿岁。它又小又密,质量仅约银河系的1%。根据当前的主流宇宙理论,第一代原始星系本该是小型的,然后它们通过持续的合并、吸积,最终长大为当前的巨型星系。


                               
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前景超星系团MACS J1149+2223,它的z=0.544,相当于53亿光年。大图下载:14MB这些第一代星系看来在宇宙再电离阶段扮演了主要角色,再电离意谓着宇宙黑暗时代的终结。宇宙大爆炸后约38万年,随着宇宙温度的降低,等离子体结合为原子(主要是电子和质子结合为氢原子),黑暗时代开始;其后约1~2亿年,随着第一代恒星和它们所在的第一代星系的形成,光明重新照亮了宇宙,黑暗时代终结。最早星系辐射中的紫外线,再次电离了弥漫宇宙的氢原子为电子和质子,此过程称为再电离。再电离后的等离子体,自此一直维持到现在。

报告合作者、NASA喷气推进实验室(JPL)研究员Leonidas Moustakas解说道:“本质上,随着再电离的进行,光在宇宙中变得畅通无阻。”JPL隶属于加利福利亚州帕萨迪纳市的加州理工学院。

天文学家计划使用哈勃和斯必泽的继任者——预计将于2018年发射的詹姆斯•韦伯空间望远镜(JWST),继续研究第一代恒星和星系的兴起以及再电离时代。新发现的遥远星系将可能成为主要观测目标。

哈勃太空望远镜(HST)是NASA和欧洲空间局(ESA)的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔市的NASA戈达德太空飞行中心,负责管理HST。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科研所(STScI),管理、实施HST的科学操作,也是JWST的科学任务操作中心。STScI由NASA投资运营,并隶属于华盛顿特区的全美大学天文研究联合会(AURA)。






刘家伟 发表于 2012-10-26 20:46 | 显示全部楼层
提个比较外行的问题,哈勃、韦伯这些望远镜能对地球进行观测吗?

如果哈勃、韦伯降低到300公里的高度,对地面进行间谍拍照,那么最高的分辨率能达到多少?
oberwerk 发表于 2012-10-26 21:30 | 显示全部楼层
哈勃的话,口径2米4,最高分辨率不会超过美帝最好的间谍卫星,而且也不是为这类观测优化的。哈勃对于天文研究来说很重要,不过其技术水平(还有投资)和美帝的国防项目相比,不算啥。。
yy1129 发表于 2012-12-13 11:25 | 显示全部楼层
哈勃太空望远镜发现一批宇宙初期诞生的星系
       新华社北京12月13日电综合新华社驻洛杉矶记者郭爽、驻华盛顿记者任海军报道,美国航天局12日宣布,天文学家借助哈勃太空望远镜发现了一批在宇宙初期诞生的星系,其中“年龄”最大的星系约为133亿岁,可能是迄今已知最古老星系之一。
       今年8月至9月间,美国加州理工学院理查德·埃利斯领导的天文学小组借助哈勃太空望远镜的“广视野照相机3”在为期6周的深空观测中发现了7个古老星系。
       美国航天局表示,这是第一次对宇宙初期的可靠的“星系普查”,相关发现将帮助人类了解早期星系和恒星的形成过程,以及大爆炸后的“再电离”等现象,有关论文将于近期发表在《天体物理学杂志通讯》上。
       根据目前科学家普遍认可的大爆炸理论,宇宙诞生于约137亿年前。本次新发现的这批星系诞生于大爆炸后3.5亿年至6亿年之间,其中最“高龄”的星系约133亿岁,有望竞争“迄今已知最古老星系”的称号。
       去年初一个国际天文学研究小组在英国《自然》杂志上报告说,他们利用哈勃望远镜发现了年龄约132亿年的星系,认为是当时已知最古老星系;后来欧洲航天局又宣布发现了一个距今135.5亿年的星系,年龄更为古老。不同的天文学家对这些时间结果存在一定争议。
       哈勃太空望远镜发射于1990年,是产生最多成果的科学仪器之一,目前仍在服役。美国正与欧洲以及加拿大联合开发大型红外望远镜——詹姆斯·韦布望远镜,其主要任务是搜寻大爆炸后形成的首个星系或发光天体,观测恒星系统的形成并搜寻类地行星。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-12-20 14:44 | 显示全部楼层
哈勃首次进行宇宙黎明时期的星系普查
[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2012-12-19 22:48:44 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:109次 ]

                       

原文标题:Hubble Provides First Census of Galaxies Near Cosmic Dawn
原文作者:Richard Ellis,James Dunlop,Ross McLure,Brant Robertson,Anton Koekemoer,Donna Weaver,Ray Villard;
来自:哈勃官网; 发表时间:2012.12.12;
翻译:gohomeman1  审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

                    

2012.12.12:借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,天文学家已经发现了7个先前从未见过的最原始星系,它们形成于130亿年前,那时的宇宙年龄还不到现在的3%。这个最深远的图像首次统计了在接近星系最初形成时代,健壮星系的样本丰富程度。研究结果显示,在宇宙大爆炸后4.5亿年以来,随着我们回溯的时间更早,原始星系数量平滑地减少。观测支持此观点:在大爆炸后的数亿年,星系持续形成,并可能提供足够辐射重新加热(或再电离)整个宇宙。对NASA下一代的詹姆斯•韦伯太空望远镜(JWST)而言,这一先行观测为JWST探测该纪元开辟了道路。我们观测得越远,也就意味着回溯到越早。宇宙迄今已137亿年,而新发现的星系存在于宇宙大爆炸后3.5亿~6亿年,它们的光现在刚刚抵达地球。

公众可参与“首次统计逼近宇宙黎明时期的星系数量”的在线会议,会议将在美国东部时间2012.12.14周五的13:00开始。会上哈勃超级深空场2012(UDF2012)团队的关键天文学家将介绍他们是如何获得这些图像的,并解释它告诉了我们关于极早期宇宙中星系形成方面的什么知识。会议参与者可向专家组提问、共同讨论。会议网址:HubbleSite Channel on Youtube(需要翻墙)、Hubble Space Telescope Google+ page(同样需要)。


                               
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哈勃WFC3红外波段拍摄的超级深空场以及发现的7个超遥远星系在图像中的位置,大图下载:4.5MB,版权:NASA,ESA;STScI,原作者,下同。
借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,天文学家已经发现了7个先前从未见过的最原始星系,它们形成于130亿年前,那时的宇宙年龄还不到现在的3%。这个最深远的图像首次统计了在接近星系最初形成时代,健壮星系样本的丰富程度。

研究结果显示,在宇宙大爆炸后4.5亿年以来,随着我们回溯的时间更早,原始星系数量平滑地减少。观测支持此观点:在大爆炸后的数亿年,星系持续形成,并可能提供足够辐射重新加热(或再电离)整个宇宙。

这一先行观测为NASA下一代的詹姆斯•韦伯太空望远镜(JWST)探测该纪元开辟了道路。我们观测得越远,也就意味着回溯到越早。宇宙迄今已137亿年,而新发现的星系存在于宇宙大爆炸后3.5亿~6亿年,它们的光现在刚刚抵达地球。

                               
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哈勃超级红外深空场2012版图像,请注意配色情况。大图下载:43MB研究者介绍说,哈勃图像的超级深度与仔细设计的巡天方略相结合,使本次研究比先前的观测看得更远,并提供了对该时代的可靠统计。尤其是其中的一个星系很可能打破距离记录,它存在于宇宙大爆炸后约3.8亿年,对应的红移达11.9。

该研究结果来自著名的雄心勃勃的哈勃巡天项目——集中观测一小块天区的哈勃超级深空场(HUDF)。

2012年的新战役由加利福利亚周帕萨迪纳市加州理工学院的理查德•埃利斯(Richard Ellis)领衔,该天文学家团队(UDF2012)使用哈勃第三代广域相机(WFC3)的近红外通道,观测了比所有先前更深入的深空。观测在今年8、9月前持续了六周,第一批科学成果现已刊登在一系列科学期刊上。在为其他研究小组准备好材料后,UDF2012团队将公开这批独有的数据。

天文学家之所以要用近红外波段研究遥远宇宙,是因为宇宙膨胀,使得星系发出的紫外光和可见光拉伸到红外波段——红移。星系越远,红移越大。

新项目的一个重要目标是确定早期宇宙中星系随时间快速增加的数值。这一测量是确定星系中形成其恒星居民速率的关键证据。

                               
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哈勃观测到的7个遥远星系候选者中,最遥远的(上)和相对最近者的红外单色图像。Ellis解释说:“我们通过两条途径把目标课题向前推进。首先,我们让哈勃总曝光时间比以前的更长。增加曝光深度对调查宇宙的早期历史起着至关重要的作用。其次,我们非常有效地利用哈勃的各个光波滤镜,以精确测量星系距离。”

通过精确组合近红外波段的4个滤镜,团队通过研究星系的“颜色”以估算其距离。团队成员、英国爱丁堡大学天文学院的詹姆斯•邓禄普(James Dunlop)解说道:“通过添加附加滤镜,以及在某些波段进行比先前观测长得多的曝光,我们排除了那些天体可能是前景(暗红外)星系的可能。”

邓禄普解释说,当星系的光红移到红外波段时,该星系最初发出的所有可见光和大部分红外光都被星际气体(主要是氢)吸收了,因此该星系在哈勃的大部分滤镜中都无法看见,只能在哈勃最长波段的滤镜(1.4、1.6微米的近红外光)中看见,这是发现最早期星系的关键。

                               
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PDF插图,显示不同波段下的那些最遥远星系的图像。最左边是ACS进行的可见光巡天(分辨率最高),右边依次是WFC3的红外波段在1.05、1.25、1.40、1.60微米进行的观测。红移越大的星系,越只能在最长的波段看见。UDF 2012项目的成果意味着深空中还有许多现在未发现的星系等着未来的JWST来发现。团队成员Anton Koekemoer提醒道:“黑虽然我们已经可能回溯到哈勃的能力极限,但是从某种意义上而言,哈勃就是为JWST探路、打基础的。我们的工作表明,也许还存在丰富的更早期星系让JWST来探索。”Anton属于马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所,主管哈勃观测成果和图像拼合。

长久以来,天文学家一直在争论早期星系中的炽热恒星能否提供足够的辐射加热宇宙大爆炸后不久形成的冷氢气。这个过程称为“再电离”,被认为发生在我们宇宙诞生后2亿年~10亿年的时段。这个过程让宇宙变得对(紫外)光透明,使天文学家能够回溯过往的时间。新研究中发现的星系就是这个早期纪元的。

图森市亚利桑那大学的布兰特•罗伯森(Brant Robertson)总结说:“通过观测大爆炸的余辉——背景微波辐射,告诉我们再电离发生在大约130亿年前。我们的数据确认那是一个持续数亿年的冗长过程,期间星系慢慢累积它们的恒星和化学元素。星系诞生并不是一个单独的戏剧化事件,它是一个渐进的过程。”

对早期遥远星系进行统计的研究报告已经被《天体物理学》期刊接受。

                               
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超级深空场在天空的位置,以及对比的满月大小。




 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-12-24 10:48 | 显示全部楼层
哈勃圣诞贺礼:行星状星云NGC 5189
[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2012-12-22 18:33:01 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:237次 ]


原文标题:A Cosmic Holiday Ornament, Hubble-Style
原文作者:Oli Usher,Ray Villard;
来自:哈勃官网; 发表时间:2012.12.18;
翻译:gohomeman1  审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载)


2012.12.18:又到了给圣诞树装饰的时节。天文学家也不例外,借助由美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,拍摄了一个邻近的行星状星云NGC 5189。这个明亮而复杂的星云,就像一个哈勃风格的、围绕着闪光缎带、玻璃吹制的圣诞装饰品。

                               
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哈勃WFC3拍摄的NGC 5189,大图下载:25.7MB,版权:NASA,ESA;哈勃遗产团队,下同。
本图由哈勃第三代广域相机(WFC3)摄于2012.10.8,三个窄带滤镜用于取得不同气体元素的荧光,两个宽带滤镜用于获得恒星的光。伪彩配色如下:606nm橙光段,蓝;814nm近红外段,黄(通常都配红色);657nm的H-α线+电离[NⅡ]线,橙(本色红);673nm的[SⅡ]线,绿(本色深红);502nm的[OⅢ]线,青(本色青绿)。

行星状星云是像太阳这样中等质量恒星的最后辉煌。当它耗尽核心的聚变燃料,垂死恒星会抛出绝大部分的外层气壳,这些物质接着被恒星残骸的辐射加热,受激发的气壳因此而发光。因为抛射在时间和方向上都是不均匀的,因此气壳形成的星云将呈现复杂的结构。

复杂的美丽结构的一个惊艳案例就是NGC 5189的蓝色叶瓣。大部分行星状星云有着节点和丝状结构。作为质量流失过程的结果,行星状星云将形成两个嵌套结构,互相成一定的角度,并从中心向不同的方向扩散。


                               
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NGC 5189位于南天的苍蝇座,离我们约2400光年(误差约20%)。天球坐标:赤经13h33m32s.91,赤纬-65°58'26".58。
多年以来,哈勃在研究行星状星云方面一直是关键工具,它拍摄的多张图像都成为经典。除了吸引眼球外,行星状星云还向我们预示太阳的最终归宿:50多亿年后,当太阳耗尽核心的燃料,也会变成一个行星状星云。NGC 5189的结构特别复杂,而哈勃图像是该天体迄今细节最丰富的(注1)。

从远方看,许多行星状星云真的有些像遥远行星,但NGC 5189显然不是,它具有一个戏剧性的S型结构。
感谢哈勃的超高分辨率,我们可以看到NGC 5189的气体云中有着一系列的稠密节点。来自垂死恒星的光辐射和气体流雕刻着星云的形状,形成了朝向星云中心的激波状节点。

NGC 5189的节点暗示着它有多大。图像中每个小小的节点,事实上都与整个太阳系的大小类似。

星云中心的高密度白矮星,虽然有地球般大小,但由于太远,只能呈现为一个小亮点。

看到NGC 5189的整个结构,直觉告诉我们在其微小中心恒星的周围发生着什么。这个星云的形状令人想起草坪自动洒水车,它工作时就会旋转,物质由此喷向各方。


                               
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前期发过的行星状星云Fleming 1,它就是由中央白矮星吸积伴星的物质并喷出而形成的。详见http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-7926-1.htm
类似的结构我们以前也看到过,尤其是那些中央存在双星的行星状星云。NGC 5189的结构也可能如此形成,虽然本图的中心找不到另一颗恒星。

                               
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PDF插图,NGC 5189的3对喷流延伸方向,虚线表示可能的第4对喷流方向。星云的双极或四极结构可以解释为存在一个双星系统,当主星垂死挣扎抛出气壳时,伴星影响了星云的形成过程。主星失去了大量质量,剩余的残骸以白矮星方式苟延残喘。不过,这个假设的伴星在图像中找不到。

附注

1、这是作为对比的地面望远镜图像,上图由双子南座望远镜拍摄(真彩配色),下图由欧洲南方天文台的新技术望远镜拍摄(两者都在智利,口径都超过哈勃)。显然哈勃图像无论是清晰度还是细节,都明显超过了两者。

                               
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译者注:在美国,近年来为了照顾宗教信仰,圣诞节已经与新年合并,统称Holiday;但在欧洲,仍旧保留通常的圣诞名称。所以本文在欧洲哈勃信息中心的标题是:A swoosh in space: Merry Christmas from Hubble。译者个人看法,欧洲的标题更准确,因为我把该星云想象为一条盘起的龙。另外感叹鸟叔的强大,美版标题都用上了Hubble-Style。



  http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-8107-1.htm






一米迷雾神探 发表于 2012-12-24 12:03 | 显示全部楼层
文章开始说,那个光是经过了132亿光年,抵达了地球,说明了这是从132亿年前的一个星系发出的光线。
这里我有个问题,我们知道宇宙大爆炸是向四面八方的,也就是说,有一个爆炸原点,以这个原点为中心,物质与时间向周围辐射。那么我们就应该大概推知,经过137亿年的辐射,宇宙的大小至少是半径137光年的球体(假设而已,实际上宇宙的扩张速度是超光速的,半径已经超过了137光年),那么,我们可以推知相距最远的物体,距离应该是274光年。如此,这个132光年以外来的光线的来源就成了问题。大家可以画一个这样的球体,以我们地球为中心,会发现距离我们132亿光年的光线来源,有很多种,有的初始来源距离我们地球的距离没有132亿年的。因此,只能说这个光线源头距离现在的我们有132亿光年。而不能说,他是132亿年前发射的光。

点评

好象不是这么算的。宇宙不是爆炸形成的球体那么简单,具体我也不太清楚。  发表于 2012-12-24 13:00
StdNormDist 发表于 2013-9-8 01:16 | 显示全部楼层
hkhtg090201 发表于 2012-10-9 15:53
哈勃等发现宇宙黑暗时代边缘的超遥远星系[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2012-10-08 22:11:14 | 作者:goh ...

这个星系是不是叫UDFj-39546284?(图中央的红点)

UDFj-39546284

UDFj-39546284

UDFj-39546284,位于天炉座,距离地球132亿光年,也就是说该星系形成于宇宙大爆炸之后4.8亿年。在2011年至2012年曾经是人类迄今观测到的最古老的星系,体积是银河系的1%。

这个天体肯定会成为JWST的重点关注对象
 楼主| hkhtg090201 发表于 2015-4-6 08:28 | 显示全部楼层


哈勃太空望远镜的七大发现
[ 录入者:champagnecat | 时间:2015-04-01  | 作者:Mario Livio | 来源:Astronomy  ]


  http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-12298-1.htm
     
原文标题:Hubble's Top Seven Science Discoveries
作者:Mario Livio  原文来自:Astronomy   Posted:2015年4月刊
编译:京晶   审校:数星星的猫 (编译版权所有,未经许可请勿转载)
        

                               
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这是2009年最后一次太空检修之后,宇航员在同“哈勃”太空望远镜道别时所见到的望远镜的模样。(图片来源:NASA; 背景图片是NGC 265:NASA / ESA)
没有几个天文仪器能像哈勃太空望远镜那样,连续25年不眠不休地工作,并且不断带来新发现。然而,这还只是“哈勃”取得的非凡成就的一部分。它的观测改变了我们对天文学和天体物理学领域里几乎每一项研究内容的看法。不仅如此,宇航员搭乘航天飞机飞入太空对它进行检修,以及它在吸引公众关注科学方面发挥的作用也使它成为科学史上无可替代的科学仪器。
“哈勃”取得的成果数不胜数,想要从中择出最重要的成果并不容易。因此,下文列出的几项“哈勃”最重要的成就仅代表我个人观点。
我还需在此强调一下,在天文学研究中,我们很难把某个发现归功于一次特定的观测或者特定的仪器。更加常见的情况是,对一个现象的深入理解有赖于不同的望远镜在不同波长进行的一系列观测。所以,我并不是说以下七大发现完全是“哈勃”的贡献,而是想说,我之所以选择这些发现是因为“哈勃”在其中扮演了重要的角色。

                               
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形如涡状星系(M51)这样的美 丽星系,在“哈勃”取得的许多科学大发现中占了重要的一席之地。这些“岛宇宙”被暗物质束缚着,其中心还潜伏着超大质量黑洞。它们帮助我们精确测定哈勃常 数,并在暗能量的驱使下,越来越快地相对背驰而去。(图片来源:NASA / ESA / S. BECKWITH (STScI) / THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STScI/AURA))
在评选“哈勃”取得的最重要的突破性进展时,我主要依据两个原则:要么这个发现对我们理解整个宇宙意义重大;要么这个发现在地外生命的搜寻中迈出了重要的一步。可以说,第二点是当今科学家最感兴趣的内容之一。
暗能量
宇宙中物质的引力拉扯应该会使宇宙的膨胀速度慢下来。但在1998年,两组天文学家却发现事实正好相反:宇宙正在加速膨胀。这个结论得自于Ia型超新星的观测结果。当白矮星的质量增长到临界质量(1.4倍太阳质量),便会爆发形成Ia型超新星。只有“哈勃”能够看到最遥远的Ia型超新星,由此证实了宇宙正在加速膨胀。

                               
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星系NGC 4526中的超新星1994D(图中左下)帮助天文学家确定了宇宙正在加速膨胀的事实。科学家认为,可能是反引力作用力——暗能量促使宇宙加速膨胀。(图 片来源:NASA / ESA / THE HUBBLE KEY PROJECT TEAM / THE HIGH-Z SUPERNOVA SEARCH TEAM)
当前的所有研究都认为是一种名为暗能量的神秘能量促使宇宙加速膨胀。虽然科学家至今还不知道它到底是什么,但他们还是推断出它的一些性质。有研究指出,暗能量与虚空(科学家称之为物理真空)有关。
真空有能量,这没什么好奇怪的。量子力学(描述微观世界的物理学理论)指出,物理真空并不是真的空无一物。相反,真空里充满了粒子-反粒子对。这些粒子在极短的时间内出现,又迅即消失。尚未解决的问题是,各种理论计算出的真空能量密度都偏离目标值好几个数量级。
由于加速膨胀,宇宙的最终命运将会是什么样的呢?如果暗能量真的是虚空的能量——能量密度恒定,那么宇宙将会膨胀得越来越快。从今天算起1万亿年后,银河系与仙女座星系将合并成一个更大的星系——两者将在40亿年后发生碰撞(顺便提一句,这也是“哈勃”的观测成果),身处其中的天文学家将再也看不到其它星系。宇宙将无可挽回地在冷寂中走向死亡。
哈勃常数和宇宙年龄
从上世纪20年代开始,由于天文学家维斯托·斯里弗(Vesto Slipher),乔治·勒梅特(Georges  Lemaître)和埃德温·哈勃(Edwin Hubble)的开创性工作,科学家已经知道宇宙正在膨胀。他们引入哈勃常数来描述宇宙当前的膨胀速度,这个数值与宇宙年龄呈反比关系。在“哈勃”上天前,发表的哈勃常数值彼此相差2倍之多。一群天文学家称哈勃常数值为50公里每秒每兆秒差距,另一群则说这个值接近100公里每秒每兆秒差距。并且,争论双方都坚称自己数据的测量误差不超过10%——这似乎不大可能。
“哈勃”的“核心课题”之一便是解决这一争端。凭借超高的光学分辨率,核心课题组成员检查了许多距离指示天体,包括造父变星、塔利-费希尔关系(描述了旋涡星系的旋转速度与自身光度的相关性)及Ia型超新星。2001年,工作组得到的哈勃常数精确值为72公里每秒每兆秒差距,测量精度为10%。
这个新哈勃常数值,连同宇宙加速膨胀和新测定的球状星团年龄,一起解开了另一个谜团——宇宙确实比已知最年老的恒星还要老。对于那些相信哈勃常数值为100公里每秒每兆秒差距的天文学家来说,简单的计算表明宇宙年龄仅为100亿年,而球状星团里的年老恒星似乎至少有120亿年老了。根据欧洲空间局“普朗克”卫星最新测定的宇宙学参数值,宇宙年龄为138亿年,测量误差仅为4千万年。
科学家们并不满足于已经取得的成就。在过去10年里,天文学家在精确测定哈勃常数方面取得了令人瞩目的进展,这多亏了“哈勃”的后续观测。通过对几种距离指示天体——例如造父变星、Ia型超新星和星系M106的巨脉泽信号(围绕星系中心黑洞运动的水分子在微波波段发出的受激辐射)——进行交叉定标,哈勃常数值的测量误差在2009年已经降低到5%,并在2011年进一步降低到3%。

                               
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漩涡星系M106中心的超大质量黑洞周围的水巨脉泽信号——水分子在微波波段的受激辐射——有助于科学家测量天体的距离。“哈勃”校准距离指示物——星系中的造父变星,对哈勃常数的测量至关重要。(图片来源:NASA / ESA / THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STScI/AURA) / R. GENDLER (FOR THE HUBBLE HERITAGE TEAM))

现在,科学家把新的扫描技术应用到“哈勃”的第三代广域相机(简称WFC3)身上,以便更加精确地测定银河系里距离我们3千至1万光年范围内的造父变星的距离。这些距离测量能把哈勃常数的测量误差降低到只有2%。欧洲空间局正在进行的Gaia项目将测量远至3万3千光年的造父变星,应该能够给出精度更高的哈勃常数值。
把近邻宇宙的哈勃常数值精度减小到1%,对缓解最近出现的、因不同的观测结果而造成的紧张、对立情形可能会有所助益。目前,近邻宇宙的哈勃常数值为73公里每秒每兆秒差距。观测遥远宇宙的“普朗克”卫星给出的哈勃常数值则为68公里每秒每兆秒差距。这个差异或许只表明了系统误差远超过预计。但如果差异真的存在,则暗示了我们需要新的物理学理论来解释它。
宇宙的恒星形成率
对乍看上去似乎平淡乏味的天区进行延时曝光,可以算得上是“哈勃”最出彩的观测活动了。1995年12月,“哈勃”对大熊座内一块极小的天区进行了为期10天的观测。这就是最初的深场观测。自那以后,“哈勃”又对其它几块小天区进行了深度观测。这些观测向我们揭示出,同广袤无垠的宇宙相比,我们生活的世界是多么的微不足道。

                               
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上图是“哈勃”南天深场观测的天区。天文学家用“哈勃”进行了一系列深场观测,测量了宇宙的恒星形成率。(图片来源:R. WILLIAMS (STScI)  / THE HDF-S TEAM / NASA / ESA)
深场观测就好比你通过一根吸管去看一块有几千个星系的天区。考虑到宇宙看上去总是均匀的和各向同性的——即无论在任何位置、向任何方向上看,你看到的都是相似的景象,这些发现暗示我们,在可观测的宇宙里存在着几千亿个星系。
深场观测为天文学家提供了有关星系演化的珍贵数据。其中一个重要的成果就是掌握了宇宙的恒星形成率——宇宙,作为一个整体,在各个时期产生新恒星的速度。了解星系如何快速地累积恒星质量,可以为星系形成与演化理论提供基本的限制条件。

                               
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宇宙的恒星形成率在红移2左右达到峰值(对应的回溯时间为100亿年)。今天的宇宙在每立方兆秒差距(约等于3千5百万立方光年)内,每年新生成的恒星总质 量仅为太阳的0.01倍。(图片来源:ASTRONOMY: ROEN KELLY, AFTER P. S. BEHROOZI, R. H. WECHSLER, AND C. CONROY (APJ, 770, 57))

星系中心的黑洞
早在“哈勃”睁开眼睛看宇宙之前,其它观测就已指出星系中心藏匿着超大质量黑洞,至少一部分星系是如此。活跃星系和类星体(释放出巨大能量的遥远点源)的理论模型指出,这些黑洞通过吸积周围的物质获得能量、发出辐射。“哈勃”的观测证实了这些暗示和猜想。

                               
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上图是室女星系团内巨椭圆星系 M84中心区域的光谱。它展示了气体云速度的快速变化,从高速靠近(蓝色)到快速退行(红色),说明在星系的中心潜伏着一个超大质量黑洞。(图片来 源:GARY BOWER AND RICHARD GREEN (NOAO)/ THE STIS INSTRUMENT DEFINITION TEAM / NASA)
“哈勃”告诉我们,实际上,星系中心只要有恒星构成的核球存在,就一定有一个超大质量黑洞蛰伏在其中。这些黑洞质量不一。矮星系中心的黑洞可能只有几万倍太阳质量。而大质量星系中心的黑洞可能拥有几十亿倍太阳质量。“哈勃”还为几个类星体的宿主星系拍照,明白无疑地显示出这些能量引擎确实盘踞在星系的中心。

                               
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在星系M87中心,从围绕黑洞的吸积盘中心喷涌出一束高速粒子流。这个黑洞的质量大约是太阳质量的35亿倍。(图片来源:NASA / ESA / THE HUBBLE HNERITAGE TEAM (STScI/AURA))

不过,最重要的是,“哈勃”揭示出星系中心核球内恒星的相对运动速度(天文学家称之为速度弥散)与黑洞质量十分紧密地关联着。另一方面,恒星的速度弥散也与核球质量有关。
这个关联暗示了有关星系演化的重要信息。它表明了星系与其中心黑洞并非互不干扰,各自独立地演化着。与此相反,核球的质量与黑洞的增长密切相关。这幅图景提示我们,只要有气体流入星系中心,黑洞吸积了其中一部分气体时,核球就会继续形成新恒星。一旦黑洞发出的辐射和超新星爆发把气体吹走,黑洞和核球的增长便都停止了。
暗物质
如其名所示,暗物质既不发出、也不吸收电磁辐射。天文学家只能通过它的引力效果推测它的存在。星系中的恒星与气体云运动速度非常快,仅靠可见物质的引力尚不足以把它们约束在星系之中。在星系团中运动的星系也是如此。如果没有暗物质的束缚,它们很快就会四散而去。暗物质占了宇宙物质总量的85%,为我们看到的宇宙大尺度结构提供了基础框架。

                               
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宇宙学家一直怀疑暗物质为普通物质提供了基本框架,塑造出宇宙网状结构。 2007年,科学家结合了“哈勃”和其它大型地面望远镜的观测结果,绘制出首张大尺度暗物质三维分布图(图片来源:NASA / ESA / R. MASSEY (CALTECH))
“哈勃”的科学家们利用引力透镜现象(星系团周围的暗物质的引力场扭曲了遥远的背景天体发出的光)绘制出有史以来最大的暗物质三维分布图。不仅如此,“哈勃”还针对个别星系团——例如阿贝尔1689展开研究,帮助科学家详尽地绘制它们周围的暗物质分布情况。这些分布图能够限定星系团形成理论模型。
或许,最重要的发现莫过于由“哈勃”与钱德拉X射线天文台、地面望远镜共同展示出的,在发生合并的星系团里,暗物质与炽热气体彼此分离的景象。天文学家对此并不感到奇怪。毕竟,两个星团的气体会撞击在一起并形成激波,它们的暗物质却径直穿过对方,不发生任何电磁相互作用。

                               
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上图是“哈勃”眼中的子弹星系团。蓝色标示了由引力透镜推算得到暗物质分布;根据钱德拉X射线观测数据绘制的星系团内炽热气体的分布则用红色标示。(图片来源:X射线:NASA / CXC / M. MARKEVITCH, ET AL; 光学图像:NASA / STScI; MAGELLAN / U. ARIZONA / D. CLOWE, ET AL; 引力透镜图: NASA / STScI; ESO WFI; MAGELLAN / U. ARIZONA / D. CLOWE, ET AL.)
“哈勃”在不只一个星系团——例如子弹星系团(1E 0657-56)、潘多拉星系团(阿贝尔2744)和MACSJ0025.4-1222中看到同样的景象。科学家认为,这是截至目前表明暗物质几乎不与任何物质发生相互作用的最佳例证。
早期宇宙的再电离
宇宙大爆炸之后的最初几分钟里,宇宙到处充斥着主要由质子和自由电子组成的炽热等离子体。随着膨胀,宇宙慢慢冷却。大约过了38万年,宇宙开始变透明——质子和电子复合生成中性氢原子。由于电子被束缚在原子里,光子得以在宇宙中自由穿行。在那之后又过了138亿年,光子随着宇宙膨胀移动到波长更长的微波波段。
这个转变过程不仅标志着宇宙微波背景辐射的产生,还是所谓“黑暗时代”的开始。在“黑暗时代”,像恒星和星系这样的光源还不存在。直到宇宙1-2亿年老时,恒星才开始形成。天文学家认为,第一批恒星发出的紫外辐射,可能还有X射线双星发出的X射线,电离了宇宙。在宇宙10亿年老时,再电离过程才结束。
现代宇宙学需要解答的一个重要问题就是:究竟是什么天体电离了宇宙。通过回望宇宙5亿年老时的模样,各种“哈勃”深场观测对生活在宇宙再电离时期的星系进行了探索。

                               
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“哈勃”极深场(简称XDF)看到了最遥远的星系。那时,第一批恒星正在开始电离宇宙。(图片 来源:NASA / ESA / G. ILLINGWORTH, D. MAGEE, AND P. OESCH (UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA CRUZ) / R. BOUWENS (LEIDEN UNIVERSITY) / THE HUDF09 TEAM)
借助一些合理假设(比如在年轻星系发出的光子中能够电离氢原子的光子所占的比例、当时星系际介质的结团情况等等),这些研究指出,正在形成恒星的星系若想完全电离宇宙,必然存在着许多暗弱的星系。这些星系的光如此微弱,连“哈勃”都无法探测到。这是一个值得研究的限定条件,因为即将登场的詹姆斯·韦伯空间望远镜(简称JWST)可以看到这些暗弱的天体——如果它们真的存在的话。
系外行星的大气
从1991年开始的一系列地面观测和“开普勒”的观测共发现了近2千颗围绕其它恒星公转的系外行星。虽然一些天文学家仍在继续寻找新的系外行星,另一些人已经把注意力转移到已发现的系外行星身上,开始研究它们的大气了。科学家希望这些研究最终能够找到重要的生物特征——植物、进行光合作用的细菌或其它生物过程产生的生命迹象。这些特征包括氧分子、臭氧分子、叶绿素,还有处于非平衡态的类地行星的大气条件。
“哈勃”和对红外辐射敏感的斯必泽太空望远镜在观测掩食行星(其轨道面的侧面正对着我们的视线方向)时,已经在几个“炽热木星”和“炽热海王星”的大气中发现了几种原子和分子。这些巨行星的公转轨道与母星挨得非常近,因此拥有温暖、延展的大气。

                               
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根据“哈勃”的观测,天文学家推测出系外行星HD 209458b的大气结构:中低层大气被一个漫延到太空的延展氢气层包裹着。(图片来源:ASTRONOMY: ROEN KELLY, AFTER NASA / ESA A. FEILD (STScI))
在一次所谓的“主食”中,行星从母星前方飞过,一小部分星光必须穿过行星大气。对星光进行光谱分析能够揭示行星大气中是否存在某种元素。“哈勃”正是用这种方法在编号为HD 209458b的系外行星的大气中发现了钠。在另一组观测中,“哈勃”又在它的大气中发现了氢、碳、氧和水蒸气。此外,“哈勃”也在编号HD 189733b的系外行星的大气中看到了水蒸气。
在次食期间(行星运动到母星身后),斯必泽探测到几个系外行星的大气中有水蒸气。借助这种技术,科学家把母星的光谱(当行星位于母星后方时)从母星和行星的混合光谱(当行星位于母星前方时)中扣除,由此获得穿过行星大气的那部分星光的光谱。
“哈勃”和斯必泽已经在几个系外行星——包括Kelpler-7b, GJ 436b和GJ1214b的大气中发现了云团。天文学家期望使用JWST(预计2018年发射)研究个头更小的系外行星的大气。

                               
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上面这张艺术想象图展示了在母星发出的强烈辐射中,系外行星HD 209458b的大气挥发的场景。这颗“炽热木星”每3.5天绕母星(质量比太阳高15%)公转一周。(图片来源:ESA / ALFRED VIDAL-MADJAR (INSTITUT D’ASTROPHYSIQUE DE PARIS, CNRS, FRANCE) / NASA)
长达25年的黄金时代
通过上述这些、还有更多的发现,“哈勃”告诉或说完全改变了我们对宇宙及可能存在的地外生命的观念。“哈勃”一方面向我们展示出,同广袤无垠的宇宙相比,我们是多么渺小,我们的生命又是多么短暂。在另一方面,它又证明了我们实际上可以理解我们看到的、哪怕是出现在宇宙最遥远角落里的现象。阿尔伯特·爱因斯坦曾经说过:“世上最不可思议的事,就是世界是可以理解的。。。。这本身就是个奇迹。”毫无疑问,“哈勃”太空望远镜在我们理解宇宙的过程中助了我们一臂之力。


wsl2005 发表于 2015-4-28 17:02 | 显示全部楼层
比银河系还大的NGC2481,,
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 楼主| hkhtg090201 发表于 2016-3-12 18:14 | 显示全部楼层
哈勃再破最远星系的距离记录
[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-03-10 21:53:49 | 作者:gohomeman1 译 | 来源:哈勃官网 ]



原文作者:Pascal Oesch,Gabriel Brammer,Garth Illingworth;Felicia Chou,Ann Jenkins,Ray Villard
来自:哈勃官网; 发表时间:2016.3.3
翻译:gohomeman1  审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)
2016.3.3:美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜是一架令人惊奇的时间机器:天文学家用它观测更遥远的宇宙,就能在事实上回溯更早的过去。现在,通过把哈勃望远镜的能力发挥到极致,一个国际科学家团队再次打破了我们观测到的最远星系的距离记录:它发现了134亿年前、编号GN-z11的超亮幼年星系。这个星系存在于宇宙大爆炸后仅4亿年,当时的宇宙年龄只有当今138亿岁的3%!随着光谱分析确认其红移高达11.1,该星系的距离更是比原先预想的还要远。它所存在的时代,比科学家确信的最早的第一代恒星形成的时间,仅仅相差2~3亿年。它的质量已经达10亿个太阳,在如此早期的年代,其制造恒星的速度必须很快。这个距离记录很可能将保持到哈勃的继任者——詹姆斯•韦伯望远镜发射以后,后者将能观测更遥远的早期星系。

                               
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哈勃拍摄的GOODS-N场,图中标出了GN-z11的位置。哈勃巨图:196MB,版权:NASA,ESA,STScI;研究者团队,下同。
研究用的深空数据来自哈勃大型科研项目——宇宙近红外超深空组合河外星系遗产巡天(Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey,CANDELS),具体天区是位于北天大熊座的大型空间望远镜协作巡天项目[GOODS]北部场(North),所以该星系编号为GN,而z是红移的符号缩写。天区坐标:赤经12时36分25.46秒,赤纬62°14' 31.4"。图像分别由哈勃的高级巡天相机(ACS)的广域通道(WFC)和第三代广域相机(WFC3)的近红外通道(IR)拍摄,配色如下:ACS,475nm(纳米)的蓝光、606nm的红光,蓝;814nm、850nm的近红外光,绿;WFC3,1.25微米、1.60微米的近红外光,红。
研究团队首席研究员、康乃狄克州纽黑文市耶鲁大学的Pascal Oesch解说:“我们在回溯宇宙历史上取得里程碑式进步,甚至超过了我们对哈勃的预期!我们发现的GN-z11星系存在于宇宙年龄仅为当前3%的极早期。”团队成员包括耶鲁大学、加州理工学院圣克鲁兹分校和马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)的天文学家。
天文学家已经逼近发现宇宙中的第一代星系,哈勃的新发现把天文学家带到了曾被认为只有即将发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)才能抵达的探索领域。
本次测量提供了过硬的证据,说明哈勃图像中个别未曾预料的明亮星系,是极早期宇宙中的极遥远星系。先前,团队已经通过哈勃图像和NASA的斯皮策(spitzer)红外空间望远镜的观测,根据其颜色估计过GN-z11的距离。现在,为证实这是第一个处于如此遥远距离的星系,团队使用哈勃的第三代广域相机(WFC3)对GN-z11的光谱进行了精确的测量分析。

                               
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哈勃新纪录与此前纪录的对比,横坐标是时间,其中两个z值下方的英文,意思是宇宙再电离时期,右方英文依次为第一代恒星?宇宙黑暗时期、宇宙大爆炸。大图:686KB
天文学家通过“红移”表征大尺度距离,这是宇宙膨胀的必然结果:由于空间的膨胀,在其中传输的光波会变长,越远的天体,经过的时间越长,波长变得越长,或者说波长向红端移动,这就是宇宙中普遍的红移现象。(译注:在很小的红移,可认为红移与距离成线性正比;但当红移大于0.5以后,不能再以线性推导,但正比例关系持续;宇宙背景辐射的红移>1000,它离宇宙大爆炸约38万年)
研究报告第二作者、STScI的Gabriel Brammer接着解释: “我们的光谱测量揭示,星系的距离甚至比我们最初预想的更远”。
在天文学家确定GN-z11的距离之前,最遥远星系的光谱记录为红移z=8.68,相当于约132亿年前。现在,团队确认GN-z11的红移为11.1,相当于134亿年前,把离宇宙大爆炸(Big Bang)的时间又推近了2亿年。团队成员、耶鲁大学研究员Pieter van Dokkum继续解说: “这是哈勃的又一个非凡成就,它努力打破了大得多的地面望远镜保持了数年的距离记录。这个新记录很可能将保持到詹姆斯·韦伯望远镜发射以后。”
通过哈勃太空望远镜和斯皮策红外空间望远镜的组合图像分析,GN-z11的直径约为银河系的1/25,其恒星质量仅为银河系恒星的1%。但是,新诞生的GN-z11成长极快,约为银河系当前速度的20倍。这使得这个如此遥远的星系有足够的亮度让天文学家发现,并能让哈勃和斯皮策进行精确观测。

                               
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原始光谱红移示意图,原先位于紫外波段的Ly-α线红移到红外波段,所以在606nm、1.25微米波段都看不见、1.6微米才看见星系图像。大图:304KB
研究结果揭示了极早期宇宙性质的令人惊讶的新线索。团队成员、加州大学圣克鲁兹分校的Garth Illingworth补充道:“我们当前的观测表明,一个星系仅在最早的第一代恒星诞生之后2~3亿年就长得如此之重,实在令人惊讶。它必定成长得很快,以很高的速度制造恒星,才能如此迅速地形成有十亿个太阳质量的星系。”
这个新发现预告了当2018年詹姆斯·韦伯空间望远镜升空后能够带来的激动人心的成果。Oesch感慨:“哈勃和斯皮策已经抵达韦伯的观测领域,” Illingworth总结道:“本次新发现意味着,即将来临的韦伯望远镜毫无疑问将发现大量刚刚形成的同类年轻星系。”
本发现还对NASA计划中的广域红外巡天空间望远镜(WFIRST)项目具有重要影响,WFIRST的设计能力就是发现数千个这般明亮的极遥远星系。
团队研究报告发表在2016.3.8出版的《天体物理学报》上。

译注:一年前同一首席作者的团队(多数成员与本次发现相同),发现了红移z=7.73的遥远星系,详见:http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-13152-1.htm

                               
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PDF插图,同一光谱三个不同红移值的误差比较。红线z=11.09的平方差值,明显小于z=2.1的蓝线,更远小于z=2.5的绿线。



ssizz 发表于 2018-10-9 11:32 | 显示全部楼层
据报道,美国宇航局称,哈勃太空望远镜于10月5日进入“安全模式”。美国宇航局在声明中说:“主要用来瞄准并稳定望远镜的3具回转仪之一故障后,哈勃太空望远镜进入安全模式。”

  美国宇航局表示:“安全模式让望远镜处于安全配置状态,直到地面控制系统矫正问题,让任务回到正常运转模式为止。”“哈勃太空望远镜的仪器仍可使用,未来几年还是能为科学做出卓越贡献。”

  据悉,哈勃太空望远镜配备了6具回转仪定位。哈勃太空望远镜目前剩下两具回转仪运转,至少需要3具才能维持最佳操作状态。不过,就算只有一具回转仪运作,还是能持续提供观测结果。

  美国宇航局称,美国宇航局哥达德太空飞行中心与太空望远镜科学研究所员工正在测试与分析,以让回转仪再度运转。如果无法让故障的回转仪恢复运转,哈勃太空望远镜将只使用一具回转仪重启科学运作。

  据报道,接替哈勃太空望远镜的詹姆斯‧韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)预计将于2021年3月发射升空。http://www.chinanews.com/gj/2018/10-09/8645024.shtml
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