天文学家发现迄今为止最古老的星系
这里显示的是哈勃太空望远镜拍摄的一个候选星系（z~10星系）的照片，该星系存在于大爆炸4.8亿年后，以及在哈勃超深场（HUDF）中发现它的位置。该星系被誉为哈勃望远镜迄今为止观测到的最古老、最遥远的星系。这个被称为HUDF09的区域是迄今为止拍摄的宇宙最深的红外图像。
天文学家使用哈勃太空望远镜比以往任何时候都更深入地观察了时间，发现了一个在我们的宇宙诞生后不到5亿年形成的星系，使其成为有史以来最古老、最遥远的星系。
研究人员表示，今天（1月26日）发表在《自然》杂志上的这一发现将有助于天文学家更好地了解宇宙的早期。特别是，这一发现应该能揭示早期星系的进化，这些星系最初形成于宇宙大爆炸后的数亿年。
加州大学圣克鲁斯分校（UCSC）和荷兰莱顿大学的首席作者Rychard Bouwens告诉太空网：“从本质上讲，这件事最重要的方面是，它让我们了解了星系的形成速度。”“它提供了一种量尺。”
时光倒流
Bouwens和他的同事分析了美国国家航空航天局哈勃太空望远镜的观测结果。他们观察了哈勃3号宽视场相机收集的红外数据，该相机于2009年安装在望远镜上。
研究人员发现了红移为10.3的星系的证据。“红移”是衡量空间膨胀将物体的光拉伸到更长（或更红）波长的程度。来自远离我们的物体的光随着波长的拉伸而转移到光谱的红色端。这种转变被称为多普勒现象，在地球上发生，当救护车向你移动或远离你时，救护车发出的声波会改变音调。
天文学家使用红移测量来确定物体的距离，进而确定其年龄。红移越大，距离就越大。
10.3的红移相当于132亿光年的距离。也就是说，这个新发现的星系——被命名为UDFj-39546284——的光花了132亿年才到达我们这里。
这使得UDFj-39546284成为宇宙中已知距离最远的星系，以约1亿光年的优势击败了旧纪录保持者。
这些图像放大到哈勃望远镜围绕UDFj-39546284星系的HUDF WFC3/IR图像中，科学家称该星系已有132亿年的历史，是迄今为止发现的最古老、最远的星系。这张照片发布于2010年1月26日。
由于宇宙大约有137亿年的历史，UDFj-39546284几乎是在宇宙大爆炸后的4.8亿年，即宇宙年龄仅为当前年龄的4%的时候。
官方称，UDFj-39546284仍然是“候选星系”，需要更多的观测才能确定其存在和年龄。但经过多次测试，Bouwens和他的团队确信该星系就在那里，其红移约为10.3。
Bouwens说：“我们所发现的一切都与它的真实来源完全一致。”“现在看起来真的很不错。”
了解星系的形成
除了研究UDFj-39546284，研究人员还观察了几个稍微年轻的星系，这些星系的年代可以追溯到大爆炸后约6.5亿年。他们看到了较老星系和较年轻星系之间的巨大差异，这表明在这1.7亿年中，恒星的诞生率跃升了10倍。
UCSC的合著者Garth Illingworth在一份声明中表示：“这是在如此短的时间内惊人的增长，仅为当前宇宙年龄的1%。”
研究小组还发现，在这两个时代观测到的星系数量存在很大差异。他们只发现了一个大爆炸后4.8亿年的星系，而之前的搜索仅在1.7亿年后就发现了近50个星系。
研究人员表示，这些新的观测结果可以帮助天文学家更好地了解宇宙中第一批星系是如何合并和生长的。
Bouwens说：“我们肯定看到了强有力的证据，证明了等级制度的建立。”“这非常惊人。”
宇宙再电离
这项新研究还涉及天文学中一个古老的问题。在大爆炸后约30万年，宇宙中的氢是中性的，这意味着它不带电荷。然而，到了10亿年后，一些东西发出了足够的辐射，电离了大部分氢，将其分裂为组成氢的电子和质子。
太空望远镜科学研究所的Rachel Somerville没有参与目前的研究，她今天（1月26日）告诉记者：“这项研究的结果表明，他们能够探测到的恒星和星系只能提供所需辐射的12%左右。”“所以这是一个需要解开的谜。”
新的结果表明，像UDFj-39546284这样的早期星系可能在宇宙的再电离中发挥了作用。但研究人员表示，仅凭他们的贡献可能还不足以完成这项工作，这表明一些神秘的来源也负有部分责任。
该小组在这方面的意见并不明确。Bouwens说，为了弄清再电离之谜，天文学家需要收集更多的数据。
Bouwens说：“在红移10时，我们对这些微弱星系中有多少做出了相对保守的假设。”“如果真的有更多，它们可能会更重要。”
美国国家航空航天局的这张图显示了天文学家如何使用哈勃太空望远镜比以往任何时候都更深入地观察宇宙，并希望使用未来的詹姆斯·韦伯太空望远镜看得更远。
展望未来
研究人员表示，虽然这项新研究对过去进行了前所未有的研究，但可能需要新的仪器才能追溯到更远的星系形成的第一个时代。
Bouwens说，未来最有前途的仪器之一是美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜。JWST是哈勃望远镜的有力继任者，长期以来一直受到成本超支和延误的阻碍。
根据去年召开的评估望远镜问题的独立审查小组的说法，JWST原定于2014年6月发射，最早将于2015年9月发射。
Bouwens表示，每当它最终被清除并升空时，JWST都会产生巨大的影响。
他说：“我们现在能够触及可能发生的事情的表面。”“我们应该能够推进到红移12或13，甚至更远。目前还不清楚我们能做什么。”