135亿光年外！科学家发现史上最遥远的星系！怎么证明？

　　前不久，美国宇航局刚刚公布了一条他们称之为＂史诗级＂的发现——迄今为止人类已知的最遥远恒星。一颗名叫Earedel的恒星在引力透镜效应下被人类观测到，这颗恒星距离我们128亿光年，刷新了人类发现的最古老恒星的纪录。
　　这个发现刚刚过去一个多星期，天文学家们又取得了另一项重大发现。继史上最遥远的恒星之后，人类又发现了史上最遥远的星系！这个星系过于遥远，以至于它的真实身份，如今还是个谜。
　　为了寻找这些遥远的星系，一支国际天文学家团队利用了四台强大的望远镜进行观测，分别是位于夏威夷的昴星团望远镜和英国红外望远镜、位于智利的维斯塔天文望远镜以及远在大气层之外的斯皮策太空望远镜。凭借着这4台利器，以及长达1200小时的观测时间，他们在最早期的宇宙中发现了一些特殊的光芒。
　　他们的付出得到了回报，在最遥远的宇宙，也就是那段距离我们最遥远的历史时期，他们发现了几个遥远的星系。其中最远的一个，打破了以往的纪录，成为了迄今为止人类已知的最遥远的星系，它们将其命名为HD1。
　　根据观测，这个星系距离我们达到了135光年！也就是说，它在宇宙大爆炸的仅仅3.3亿年后就存在了！要知道，那个时候，宇宙还处于黑暗时代，正在一点点通过再电离形成天体。可以说，这个星系是宇宙中的元老了。
　　正如本次研究的参与者、日本东京大学的天文学家Yuichi Harikane所说的那样，在70多万个天体中找到它是一件非常困难的任务。那么，天文学家是如何确定它的距离的呢？
　　在物理学上有一个著名的效应，叫做多普勒效应。它指的是波源在远离或靠近的时候，其频率会发生变化。生活中最常见的例子，就是靠近我们的汽车声音会变得越来越尖锐；远离时就会逐渐变得低沉。
　　在电磁波方面，多普勒效应也是存在的。当天体远离我们的时候，其发出的光就会往波长更长的方向偏移，也就是靠近红色的波段，这就叫做红移现象。
　　我们知道，宇宙是在膨胀的。在宇宙空间膨胀的时候，这些遥远的星系就会随着空间一起膨胀，远离我们，天文学上叫做退行。而且，离我们越远的天体，退行的速度越快。所以，通过测量一个天体的红移值，天文学家就能知道它距离我们有多远了。
　　Harikane表示：＂HD1的红移值与135亿光年外的星系预期特征惊人地吻合，以至于当我发现它的时候，都有点起鸡皮疙瘩了！＂
　　除了红移值之外，它的紫外线波段中表现得非常明亮，暗示着这是一个能量爆棚的星系。由于这个星系过于遥远，关于这种能量的来源，天文学家还有些困惑。它可能是一个星暴星系，也就是大量的恒星迅速形成从而释放强大电磁辐射的星系；也可能是一个类星体，也就是核心处有一个疯狂吞噬的超大质量黑洞，同样也会爆发出巨大的能量。
　　哈佛大学和史密森尼天体物理学中心的天体物理学家Fabio Pacucci做了个比喻：这就好像大海远处有一艘船，我们能看见它挂着一面旗，能大概看清它的颜色和形状，但由于狂风和浓雾的阻碍，无法据此判断这艘船是来自哪个国家的。
　　关于上面两种猜测，天文学家都能找到无法解释的矛盾点。
　　如果HD1是一个星暴星系，那么根据其释放的能量来进行估算，会得到一个惊人的结果：它每年就能够生产出超过100颗新的恒星！这个数字看起来确实有点不太合理，因为和以往的理论相比，这个数字超出了预期的10倍！
　　只有一种可能性足以化解这个矛盾，那就是这些恒星本身就非常特殊，它们属于宇宙中最古老的第一代恒星，也被称为星族III星。
　　Pacucci介绍说：＂宇宙中形成的最早的一批恒星都比今天的恒星温度更加巨大、明亮，温度也更高。如果我们假设HD1中形成的都是这些第一代恒星，或者说是星族III星，那么它的特征就更容易得到解释了。实际上，星族III星形成的紫外光比普通恒星更多，这就能够解释HD1中极强的紫外光亮度了。＂
　　除此之外，类星体也可能是一个答案。类星体是类星射电源（quasi-stellar radio sources）的简称（quasar），它是活跃星系核的一种，可以释放出极其惊人的能量。究其原因，就在于星系核心处的超大质量黑洞在疯狂吞噬的同时，产生的热量足以穿越上百亿光年的宇宙，被人类观测到。
　　如果是第二种情况，天文学家就会更加困惑了。根据他们的计算，如果HD1真的是类星体，那么它的超大质量黑洞至少要达到太阳的1亿倍质量才可以。可是，在宇宙大爆炸仅仅3.3亿年后的时间里，恒星都没有形成多少，怎么会有如此巨大的黑洞呢？
　　话说回来，这也不是第一个挑战天文学家理论的超大质量黑洞了。比如人类已知的最巨大的超大质量黑洞TON 618，质量是太阳的660亿倍，在108亿年前就这么巨大了。
　　关于超大质量黑洞形成的理论，天文学家们也在不断完善，并寻找新的解释方式。比如有人认为，可能它们早在宇宙大爆炸初期就直接形成了，而不是通过第一代恒星死亡后的坍缩过程。如果跳过这一步，或许就能够形成如此巨大的黑洞了。
　　总之，HD1到底是哪一种星系，目前仍然是一个谜。研究人员希望即将投入工作的詹姆斯·韦布太空望远镜能够对它进行观测，凭借其强大的观测能力，破解这个谜题，或者发现更加遥远的星系。
　　宇宙早期的那些巨大秘密，或许就要靠它来破解了。