2016年9月22日

有史以來毫米波對早期宇宙最深的觀測

國際天文學家團隊已使用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA），探索宇宙遙遠的角落，參看首次披露之哈勃超深空（HUDF）的標誌性畫面。這些新的ALMA觀測，顯然比以往毫米波長的觀察更深層次、更犀利。它們清楚顯示，年輕星系中的恆星形成率，如何與恆星的總質量密切相關。他們還在不同的時間點，追蹤以往未知、形成恆星大量的氣體，而對大約100億年前星系形成的「黃金時代」，提供新的見解。

新的ALMA結果將寫成一系列論文，刊登於皇家天文學會的天體物理學雜誌和月報。這些結果也會在本週發表於美國加利福尼亞州棕櫚泉五年一次的ALMA會議中。
2004年刊出的哈勃超深空照片，係使用NASA/ ESA哈勃太空望遠鏡開創性的深空觀察。這些比以前更深入探測的壯觀照片，揭示回到宇宙大爆炸後不到十億年、星系拉伸的園景。該區域曾被哈勃和許多其他望遠鏡觀察好幾次，歸結出迄今宇宙最有深度全貌。

現在，天文學家們使用的ALMA，以毫米波長範圍的視窗，第一次深入而犀利的檢視這個看似不起眼、但曾大量研究的遙遠宇宙[1]。這使他們能夠看到早期宇宙星系中氣體雲淡淡的光芒，以及溫暖塵埃的輻射能。
至目前，ALMA觀察哈勃超深空(HUDF)總共大約50小時。這是到目前為止，ALMA天空觀測花費最多時間的一個區域。

一個以英國愛丁堡大學Jim Dunlop為首的團隊，使用ALMA，獲得大到HUDF整個區域第一個深層而均勻的ALMA照片。這些數據讓他們清楚比對那些已經用哈勃和其他設備探測到的星系。
這項研究第一次清楚的顯示，星系的恆星質量，是高紅移宇宙中之恆星形成率最好的預測。他們實質檢測到所有的大質量星系，幾乎沒有遺漏[2]。

深層影像論文主要作者Jim Dunlop總結它的重要性說：「這是一個突破性的結果。這是第一次，我們把透過哈勃太空望遠鏡所得遙遠宇宙的可見光和紫外線的觀測結果，與透過ALMA的遠紅外線/毫米波的觀測結果，正確的關聯在一起。」
第二個由智利聖地亞哥Diego Portales大學天文學中心的Manuel Aravena，和德國海德堡馬克斯·普朗克天文研究所的Fabian Walter所帶領的團隊，對跨越大約1/6 HUDF的區間進行更深層的搜索[3]。

美國新墨西哥州索科羅國家射電天文台（NRAO）的天文學家及研究小組成員Chris Carilli說：「我們是第一個針對早期宇宙的冷氣體，進行完全無目標、3-D的立體搜索。透過這種方式，我們發現許許多多的星系群，不是在天空的其他深層調查所能顯而易見的。」 [4]
一些新的ALMA觀測，是特別針對富含一氧化碳之星系的檢測，以說明其為恆星形成準備區。即使這些分子態氣體儲存區引起星系中的恆星形成活動，他們往往很難透過哈勃太空望遠鏡看到。因此，ALMA可以顯示星系形成和演化過程中 「佚失的那一半」。

兩個論文的主要作者Manuel Aravena (智利聖地亞哥Diego Portales大學天文學中心)補充說：「新的ALMA觀測結果意味著，當我們及時回頭去看，星系中的氣體含量迅速增加。在大約100億年前，這個增長的氣體含量，可能就是星系形成高峰時期恆星形成率顯著增加的根本原因。」
今天發表的結果，僅僅是未來利用ALMA一系列觀察探測遙遠宇宙的開始。例如，一個150小時的觀測HUDF活動的計劃，將進一步闡明的恆星形成可能的宇宙史。

Fabian Walter總結說：「透過我們對恆星形成佚失材料之理解的補充，啟動中的ALMA大計畫，將完成我們對標誌性哈勃超深空星系的觀測」。

註記
[1]天文學家特別選擇在HUDF區域進行探討。該區域的太空，在淡淡的南天星座的天爐座（火爐），所以在南半球像ALMA的地面望遠鏡，可以探測該區域，以擴大我們對很遙遠宇宙的知識。探測光學看不見、深層的宇宙，是ALMA主要的科學目標之一。
[2]在本文所謂的「大質量」，係指恆星質量大於200億倍太陽（2×10的10次方太陽質量）的星系。為了便於比較，銀河系是一個大星系，擁有大約1000億太陽質量的物質。

[3]從地球看過去，這個區域的天空，大約小於滿月盤面面積的1/700。HUDF最令人吃驚的其中一個的面目，是在天空中的這樣一個小部分，可以發現眾多的星系。
[4] ALMA具有看到與哈勃太空望遠鏡完全不同部分電磁頻譜的能力，好讓天文學家研究不同的類天體。比如大質量的恆星形成雲，以及其他從可見光觀察太微弱、但在毫米波長可看見的物體。

照片
（A） ALMA探測哈勃超深空。
（B） ALMA探測哈勃超深空。
（C）哈伯極深空。
（D）哈勃超深空局部的ALMA深視圖。
（E）哈勃超深空局部的ALMA深視圖。

[GDPN編譯]