追溯宇宙的初始

追溯宇宙的初始
知識通訊評論第45期

學者發現最遙遠的星系，創下紀錄，這種紀錄追逐有無意義，雖引起爭論，但確能引起世人的關注。

九月上旬，天文學家宣布發現目前觀測得到、距離地球最遠的星系。這個新發現不僅讓我們對宇宙的早期歷史有新的認識，也奪下各家爭取的熱門記錄。但是，部分天文學家認為，追尋最遙遠天體的競賽，其實並沒有那樣引人入勝。

這個名為IOK-1的新星系非常遙遠。學者捕捉到它所發出的光線，其實來自宇宙誕生後七億五千萬年。換言之，宇宙中剛出現發光星體之後才不過幾億年，這個IOK-1星系已經問世。

其他研究團隊也聲稱找到了更遙遠的星系，但是他們的說法仍待證實（或被駁斥）。不過，這個新發現確有實據，無庸置疑。同樣探索遙遠星系的加州理工學院學者艾里斯（Richard Ellis）認為，學界大都認為，這是目前已發表的最足以服人、最遙遠的天體。

日本東京國立天文台家正則（Masanori Iye）教授與同事利用位於夏威夷、口徑八點二公尺的速霸陸望遠鏡（Subaru Telescope），藉由尋找高溫的天體形成區域常見的氫輻射，發現了已知最遙遠的星系。

這種被稱為萊曼輻射（Lyman radiation）的氫輻射的波長，剛好落在光譜的紫外線部分。不過，由於來自遙遠星系的光線會因為宇宙膨脹而扭曲拉長或「紅移」（redshifted），家正則的研究小組便以搜索波長較長的光線為優先。理論上，紅移程度越大，發出光線的星體就越古老。家正則觀測到一個發出萊曼輻射的星系，紅移程度達六點九六。仔細研究光線的光譜之後，他們確定此光線來自一個星系。此外，還有另一個發出萊曼輻射的光體，身份未明。

已知最遙遠星系的紅移程度，從一九八○年代早期的一到二，攀升至家正則團隊最新發現的六點九六。每個破紀錄的新發現都引來大量關注。曾是紀錄保持人的英國劍橋大學學者麥馬宏（Richard McMahon）說：「觀測天文學中，極少研究能使你名留《金氏世界紀錄》，此為其一。」

話雖如此，部分學者卻認為追逐新紀錄無關宏旨。研究萊曼輻射體的先驅、檀香山夏威夷大學學者以斯帖‧胡（Esther Hu）表示：「我認為這個領域正在改變，從追逐新紀錄，逐漸變成試圖回到遠古宇宙，探索不同的物質特性。」

從這個角度來看，家正則教授的研究報告其實還有一項有趣發現：他們找到的星系比預期的要少。這項發現和加州大學聖克魯茲校區的波文斯（ Rychard Bouwens）與伊林沃（Garth Illingworth）的研究相符。這兩位學者分析哈柏太空望遠鏡傳來的資料，認為紅移程度若超過七，可以偵測到的星系會變少。

可見星系的減少，也許代表天文學家越來越接近最早期星系產生的時空範圍。早期的星系可能比較小，發出的光線比較微弱，後來與別的星系結合，才變得明亮。學者可以用這些資訊來模擬宇宙生成之初氫氣的集中過程。伊林沃說：「我們先前的觀測結果，為建構模型時所需的限制條件與輸入內容，提供了重要的參考資料。」

不過，這不代表天文學家已放棄回到更遙遠的過去。新的儀器，好比預備裝在哈柏望遠鏡上的紅外線攝影機（如果太空梭進行新的維修任務，即可實現），以及預計在二○一三年進入太空的韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），應能找到許多更遙遠的天體。

在此同時，新的技術也在突破觀測極限。加州理工學院的艾里斯正在尋找那些微弱光線被比較接近地球之銀河星團（galactic cluster）重力場放大的遙遠星系。他在尚未發表的報告中指出，有六個遙遠星系，其紅移程度達到十。它們大約在宇宙誕生後四億到五億年之間形成。

有些人偏好研究距離地球較近、光度比較亮的星系，他們認為，這樣才能獲得更豐富的資料。伊林沃認為，除非能測量星系裡的其他東西，單單測量遙遠星系，用處不大。

話說回來，打破紀錄的人終究會成為輿論焦點。艾里斯尋覓最古老天體的故事，登上了九月四日出刊的《時代》雜誌封面。艾里斯的老友兼同事伊林沃笑稱：「媒體報導天文學術是好事，但是艾里斯對於我們別的研究隻字未提，我非得找機會踹他一腳。」