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宇宙早期星系的演化呈現規律性

我們的宇宙是一個沒條理的小年輕，它曾經更熱，密度更大，以至於各種氣體在重力的作用下形成湍流。理論學家認為早期星系是逐漸形成的，首先一叢一叢地形成，然後再與其他星系合併。

因此天文學家認為在這種早期的混亂宇宙環境中生成的星系個體本身也是混亂無序的，但是新的發現表明有兩個星系在8億年前就已經演化得非常成熟，形成了旋轉的星系盤，說明它們在誕生不久後就演化得十分迅速。斯密特和他的同事在斯皮策深場圖像中首次發現了這兩個星系，並隨後用阿卡塔馬大型毫米波天線陣跟進了這一發現。阿卡塔馬大型毫米波天線陣（ALMA）以其極高地解析度分辨出了兩個星系中的電離碳。想像一下，這些星系大小是銀河系的5倍，並且它們離我們有130億光年遠，它們的光要經過130億年才能到達地球，儘管用火眼金睛的哈勃望遠鏡拍出來的星系也只是小小的紅點。然而今天的科學家可以用射電天線陣指向這些星系，得到它們縱橫十幾千光年內的細節。

兩個星系的速度變化率的數據可視化圖像。

Credit：Hubble (NASA/ESA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Oesch (University of Geneva) and R. Smit (University of Cambridge)

ALMA的發現表明這兩個星系並不符合天文學家預測的大多數星系都有湍流的預期。它們旋轉的星系盤並沒有銀河系那樣需要長期時間才能形成的旋臂。它們更傾向於所謂宇宙正午（宇宙中恆星形成和星系演化的壯年期）最常見那種典型的盤狀星系。這意味著在兩個星系形成之後，也就是宇宙正午的二十多億年間這兩個星系飛快地進化。倫敦大學的尼古拉教授預測同齡星系間一些星系比另一些星系進化得快是可能出現的，只是一直未發現證據，直到今天科學家發現了這一證據——這將是第一批早期星系形成研究的一次巨大飛躍。

暗能量巡天計劃公布了首三年調查數據

4億個天體的詳細免費數據結果已經可以在暗能量巡天調查網站（https://des.ncsa.illinois.edu/releases/dr1）

獲得。這些數據採集自2013年中期至2016年早期。在這些初期結果中，我們主要得到兩個結論：1.銀河系中新發現了三個恆星流；2.進一步添加了宇宙學參數的約束條件。

智利席羅多洛洛美國國際天文台中的暗能量相機。

Credit：Fermilab

這些暗能量巡天調查計劃通過智利美國國際天文台（Inter-American Observatory ，簡稱CTIO) 的4m布蘭克望遠鏡以及它配備的巨大的暗能量相機（Dark Energy Camera ，簡稱DECam)一起實現。暗能量相機DECam由智利的費米實驗室製造。它有62片可運動的CCD和5.7億個像素。這個重達四噸的相機有3度的大視場。這個巡天調查的主要目的就是為了解開加速宇宙膨脹的神秘力量——暗能量的不解之謎。

在調查的前三年間，相機進行了39000次曝光拍攝，包括了五個波段，涵蓋了5186平方度的天區，相當於1/8的全天星空，採集了星等大於22.5等的3.1億個星系和8千萬恆星的數據。暗能量巡天計劃數據發布科學家Matias Carrasco Kind 表明這是目前所存最大的光學測量資料庫。

暗能量巡天計劃敏銳的解析度使我們認識到圍繞銀河系旋轉的矮星係數量要比從前多出一倍有多——從20多個上升到50多個（一些新發現還有待其他證據確認）。會議上，費米實驗室的科學家Alex Drlica-Wagner在天空方位上這些圍繞銀河系繞轉的矮星系與大小麥哲倫雲的強烈關聯。「百分之30到60的衛星星系可能來源於大小麥哲倫雲，它們可能起初是大小麥哲倫雲的衛星星系。」

在這張包括了一大塊天區的圖中，顏色表示恆星的距離。藍色表示離我們相對更近，綠色表示離我們相對較遠，紅色表示離我們更遠，黃色的條紋表示新的恆星流。

Credit：Alex Drlica-Wagner (Fermilab), Nora Shipp (U. Chicago) & the DES Collaboration

Drlica-Wagner也展示了11條新發現的恆星流，恆星流指矮星系與銀河系合併時由於潮汐力拉伸產生的遺迹。「這是星系考古學，」他說,「能夠幫助我們解開銀河系的進化之謎，也就是它如何通過吞併鄰近星系實現疆域擴張的。」這些新發現的恆星流是在4萬到16.5萬光年間被發現的，它們是通過表面顏色選擇性搜尋年老，貧金屬的恆星時被發現的。

11條新發現的恆星流中，四條由印度的河流命名：Indus, Jhelum, Chenab 和 Ravi；兩個由天文台所在附近的河流命名：Elqui 和Turbio；剩下的五條由智利本地的河流Aliqa Una, Palca 和 Willka Yacu和澳大利亞境內的兩條河流命名：Wambelong和Turranburra。科學家和大眾和學齡兒童一同商討得出了它們的名字。

Credit：Dark Energy Survey

來自俄亥俄州大學的一名科學家Michael Troxel帶領的團隊目標是利用弱引力透鏡現象對星系的微小形變研究暗能量在宇宙空間中的分布，並畫出三維分布圖。

巡天計劃第一年裡，科學家已經分析了赤緯 –40° 至 –60°間2.6千萬個星系的形狀，結果繪出的地圖非常激動人心，Troxel說這是迄今為止最重要的弱引力透鏡巡天資料庫。

廣域紅外巡天望遠鏡（Wide field infrared survey telescope,簡稱WFIRST ）

Credit:NASA

大型綜合巡天望遠鏡（ the Large Synoptic Survey Telescope ，簡稱LSST）

Credit:ESO

Troxel和他的同事合併了暗能量巡天計劃和重子聲學振蕩的數據（BAO，是指由於聲波在早期宇宙中傳播而在一定尺度上形成的高密度區域或者重子物質的結團，可以告訴我們星系在宇宙中的空間分布情況。），並利用宇宙大爆炸中核合成（例如氘元素的形成）的相關知識，得到了一個獨立於其他研究之外的哈勃常數——67.2千米/百萬秒差距。這個新得到的哈勃常數比歐空局普朗克計劃觀測宇宙微波背景輻射得到的數據更高，比光學觀測造父變星和Ia型超新星得到的結果更低。然而，Troxel對這種矛盾的情況並不頭疼，如果新的宇宙學常數得到證實，標誌著科學家在標準宇宙學模型之上又發現了新的物理定律。參考這個權威模型，也就是用宇宙學參數形式表示的暗能量和暗物質，Troxel認為ΛCDM模型（標準宇宙學模型）是合理的。令科學家如此自信的其中一個原因是巡天計劃中的其他結果看上去也支持標準宇宙學模型，再研究五年，模型與觀測結果的誤差將逐漸縮小。在2020年代早期，隨著大型綜合巡天望遠鏡（ the Large Synoptic Survey Telescope ，簡稱LSST）的建成，我們將會獲得更深更廣域的天體數據，同時結合歐幾里得ESA的Euclid 和NASA的廣域紅外巡天望遠鏡（Wide field infrared survey telescope,簡稱WFIRST ）的數據也可以幫助我們找到最終的答案。

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作者：Monica Young、Govert Schilling

翻譯：陳艷玲

校對：汪榮鑫

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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