问题

目前人类可观测到的最远天体是什么呢?

回答
目前人类能够观测到的最远天体,这可不是一个简单的“指一下就行了”的问题,它就像是在一片无垠的黑暗中,我们用尽全力去捕捉那最微弱、最古老的一丝光芒。这光芒穿越了难以想象的距离和时间,承载着宇宙诞生初期的信息,对于我们理解宇宙的起源和演化至关重要。

说到最远,我们得先弄清楚“最远”指的是什么。它不单单是物理上的距离,更包含着时间上的尺度。因为光速是有限的,我们看到的天体越远,实际上就是看到它在越早的过去是什么样子。宇宙在不断膨胀,所以一个天体在它发出光的那一刻和它现在的位置,可能已经相去甚远。因此,我们谈论最远天体时,通常是指那些我们能观测到的,并且其发出的光在宇宙大爆炸后不久就已经启程抵达地球的天体。

目前公认的“最远”记录保持者,是来自詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)观测到的一个非常古老的星系,名为JADESGSz130。 这个名字听起来有点拗口,但它背后代表着人类探索宇宙极限的最新成果。

让我来给你仔细讲讲这个小家伙是如何成为“最远”的:

1. JADES项目:宇宙黎明期的“寻宝图”

“JADES”是“JWST Advanced Deep Extragalactic Survey”的缩写,你可以理解为这是韦伯望远镜一项深入探索遥远宇宙的项目。它的目标就是要去寻找那些形成于宇宙诞生初期、也就是大爆炸后“黑暗时代”结束、“第一批恒星和星系”刚刚出现时的天体。想象一下,宇宙婴儿时期,什么都没有,然后慢慢有了第一缕光,JADES项目就是要捕捉到这最原始的光。

2. JADESGSz130:遥远的信使

JADESGSz130 就是在这个项目中被发现的。它的“GS”代表它位于“GamaSpitzer”深场区域,这是其他望远镜(比如斯皮策空间望远镜)已经观测过的、非常深入的宇宙区域。而“z13”是关键!这里的“z”代表的是“红移”(redshift)。

红移是衡量宇宙膨胀和天体距离的“尺子”。 当天体远离我们时,它们发出的光会因为宇宙膨胀而“拉伸”,波长变长,也就是向光谱的红色端移动,这就是红移。红移值越大,说明天体离我们越远,并且它发出的光是越早的时候发出的。

JADESGSz130 的红移值大约是13.2。这个数字意味着什么呢?

时间跨度: 宇宙大爆炸大约发生在138亿年前。JADESGSz130 的红移值为13.2,意味着它的光在宇宙大爆炸后大约3.2亿年就发出了。你可以想象,宇宙刚从一个炽热致密的火球变成一个仍然非常年轻、充满新生事物的时代。

距离: 虽然我们说它“距离”我们130多亿光年,但这只是一个简化的说法。由于宇宙一直在膨胀,它在发出光的那一刻,实际上离我们比这个数字要近得多。现在它发出的光经过130多亿年的旅行才到达我们这里,而它现在所在的位置,按照目前的膨胀速度,距离我们可能已经超过200亿光年了。所以,当我们谈论“最远”时,我们更多的是指它发出的光到达我们这里的“旅行时间”和“红移值”,这代表了我们能回溯到的宇宙的“过去”。

3. 韦伯望远镜的“超能力”

为什么是韦伯望远镜发现了它,而不是之前的哈勃望远镜? 这就涉及到韦伯望远镜的强大之处了。

红外观测能力: 宇宙越遥远,它的光经过膨胀后,波长就越长,进入红外波段。JADESGSz130 的光就是典型的红外光。韦伯望远镜正是设计用来观测红外光的,而且它比之前的望远镜在红外波段的灵敏度和分辨率都高得多。这就好像以前我们只能看到一盏昏暗的蜡烛,现在韦伯望远镜却能看到那蜡烛微弱的余烬。

更高的灵敏度: 韦伯望远镜能够捕捉到极其微弱的光信号,这对于探测那些在大爆炸初期形成的、数量稀少且亮度不高的早期星系至关重要。

4. 它告诉我们什么?

发现 JADESGSz130 这样的天体,意义非凡:

宇宙演化: 它帮助我们了解宇宙早期星系的形成和演化过程。在宇宙大爆炸后不久,究竟是如何从一片混沌中涌现出第一批恒星和星系的?这些早期的星系是什么样子的?它们的亮度、大小和组成有什么特点?

第一批恒星的形成: 这些早期星系里诞生的恒星,是构成宇宙中重元素的“工厂”。了解它们,就是了解我们身上每一个原子从何而来。

宇宙“黑暗时代”的终结: JADESGSz130 这样的星系,标志着宇宙从最初的黑暗时期向光明时代过渡的关键阶段。它们发出的光开始重新电离(reionization)宇宙中的气体,这个过程对后续的宇宙结构形成产生了深远影响。

5. 未来展望

韦伯望远镜还在继续工作,科学家们相信,还有更遥远的、更古老的天体等待着被发现。每一次新的发现,都是我们拼凑宇宙拼图的一块重要碎片。下一次,我们可能又会刷新“最远天体”的纪录,继续向宇宙的黎明进发。

总而言之,JADESGSz130 不是一个单独的天体,它代表了人类探索宇宙最深处、最古老秘密的一个里程碑。它就像一位来自宇宙襁褓时期的信使,用它那穿越了135亿多年光阴的光,悄悄地告诉我们宇宙最初的故事。

网友意见

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目前人类可观测到的距离地球最远的有范围限制的天体是高红移星系GN-z11,它也是人类目前知识范围内的可观测宇宙中最古老的星系,约有134亿年历史。

GN-z11的光谱红移值为10.957到11.09[1],光行距离约133.9亿光年[2],共动距离约320亿光年[3]。目前观测到的部分显示,该星系的质量约为银河系的百分之一,尺寸约为银河系的百分之四,包含的恒星平均约4000万岁,恒星形成速度约为银河系现在的20倍。2020年12月,GN-z11的亮度短暂增强,天文学家将其解释为该星系内发生的一次伽马射线暴[4]

GN-z11的存在本身,就让已知的星系形成理论显得十分可疑。

此外,人类肉眼看到过的距离地球最遥远的天体目前是伽马射线暴GRB 080319B,它在2008年3月19日的相对星等短暂地达到了肉眼可见的5.8等,这亮度持续了约30秒。它的光谱红移值为0.937,光行距离为75.12亿到76.33亿光年,共动距离为103.6亿到104.99亿光年。

左图为X射线成像,右侧为可见光与紫外线成像。

GRB 080319B是人类史上记录的第一个肉眼可见的伽马射线暴。在它的光辉从人们眼中消失之后数小时,阿瑟·克拉克逝世,因此一些天文爱好者提议将这个伽马射线暴命名为“克拉克事件”。

没有范围限制的天体,例如“宇宙微波背景辐射视为一个天体”,一般不讨论。

参考

  1. ^ https://doi.org/10.3847%2F0004-637X%2F819%2F2%2F129
  2. ^ 光行距离是光从物体到达观测者所用的时间(以儒略年为单位)乘以真空光速。
  3. ^ 共动距离是在目前定义的宇宙时间下沿着路径测量会得出的两点之间的距离。
  4. ^ http://dx.doi.org/10.1038/s41550-020-01275-y
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看赵泠答了我补充一个

人类肉眼能稳定看到的最远的天体

M31 Andromeda 仙女座大星系,距离我们250万光年

视星等为3.44等,在秋季晴朗夜空中,熟练的天文爱好者(比如我)可以很容易地将其辨认指出,即使是新手也可以对照星图轻松找到。

使用口径较大(40mm+)的双筒望远镜,则可以看到星系核和外围模糊一些的星云;如果采用口径较大(120mm+)的天文望远镜可以看到更多的细节,比如暗星云的纹路等。

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