看看吧，中国科学家发现迄今为止最古老的星系，原来长这个样

探寻宇宙的第一缕曙光

大约在138亿年前，我们的宇宙诞生于一次大爆炸。一个拥有着巨大能量的奇点将这些能量释放，形成了今天的宇宙。通过宇宙微波背景辐射等证据，科学家们都对宇宙的年龄准确度非常有信心。

在宇宙大爆炸后的138亿年，一颗名叫地球的行星上出现了一种智慧生物，那就是我们人类。人类活在今天，却对更久远的历史充满了好奇。宇宙到底是如何产生的？它是如何变成今天这个模样的？这些问题都深深地困扰着我们的科学家。

好在，宇宙中的光速是有限的。因此，早期的宇宙天体通过电磁波将信息传递到了地球，而且，由于光速的限制，我们看到多少光年以外的天体，就证明我们看到的是它多少年前的模样。

所以，科学家们一直试图寻找最遥远的天体，来见证宇宙最古老的模样。为此，我们就不得不持续打造更加先进、强大的观测设备，以满足人类的好奇之心。如今，科学家们已经拼尽全力，看到了迄今为止最遥远的星系，也就是我们能看到的最古老的星系，它的名字叫做GN-z11。

（图片说明：宇宙星系艺术图）

探测星系的距离

在最近的《自然-天文》杂志杂志上，我们可以看到由北京大学科维理天文与天体物理研究所江林华研究员和东京大学的Kashikawa Nobunari教授所领导的国际科学家团队的这篇最新论文，向我们展示了这个古老的星系。

我们知道，随着宇宙的膨胀，镶嵌在宇宙空间上的宇宙天体也在不断地远离我们，这叫做天体的退行。而且，美国天文学家埃德温·哈勃告诉我们：距离越远的天体，退行速度也越快，这就是著名的哈勃定律。

（图片说明：红移的动态示意图）

在天体退行的同时，它们发出的电磁波也会在波长方面发生变化，这就是所谓的多普勒效应。如果波源远离我们，波长就会变长，反之则会变短，这就是我们在路边，一辆呼啸而过的车的鸣笛声会先是变得越来越尖锐，然后在路过我们时变得低沉一样。反映到电磁波方面，远离我们的波源发出的电磁波会向波长较长的红色方向偏移，这叫做红移，反之叫蓝移。

多年以来，科学家就是通过这两个原理，来判断遥远星系的距离。通过星系红移值的大小，判断它们和我们之间距离的远近。

（图片说明：哈勃太空望远镜拍摄到的GN-z11图像）

说起来容易做起来难，正如Kashikawa教授所说的那样：之前的研究证明了GN-z11可能是距离我们最远的星系，但想要测量它的距离也不是那么容易的事。在凯克望远镜之前，科学家们就已经利用最著名的哈勃太空望远镜对GN-z11进行过观测了，但即便是哈勃望远镜在它面前也束手无策，无法将紫外发射线解析到我们需要的程度，只能获得一个相对粗略的红移值。

然而，江林华研究员在接受采访时则豪气地说：“我们要做就做这最远最难的！”

要做就做这最远最难的

多年以来，江林华研究员和他的团队始终致力于寻找宇宙中的“第一缕曙光”。

（图片说明：江林华研究员）

1996年的时候，他考入了北京大学地球物理系天体物理专业。据他自己回忆，他当初是抱着造“大飞机、大火箭”才报考这个专业的。虽然后来发现这和当初的本愿似乎并不完全契合，但他却已经深深着迷于这个宇宙。

2003年9月，江林华进入美国天体物理研究领头羊的亚利桑那大学攻读博士学位，并且有机会接触了斯隆数字巡天、哈勃太空望远镜、斯皮策太空望远镜等等世界最顶尖的望远镜，并且多次参与NASA的观测任务，还获得了美国宇航局哈勃学者奖。

就在事业蒸蒸日上的时候，江林华毅然选择了回国，在北京大学科维理天文与天体物理研究所带队进行天文研究。他相信，国内同样有良好的研究资源，并且可以将国内大量天文学人才培养成国家的栋梁。

2018年的时候，他和他的团队就曾经发现过一个大质量的原星团，通过其5.7的红移值判断它位于128亿光年以外。根据他们的分析，这个原星团将会形成一个质量达太阳3600万亿倍的星系团。这篇论文当时也发表在了《自然-天文》杂志，并且还被评为2018年度中国十大天文科技进展之一。

当他看到了GN-z11星系的时候，新的热情又被点燃，于是展开了对GN-z11的研究。

迄今为止最遥远的星系

（图片说明：位于夏威夷的凯克望远镜）

尺有所短，寸有所长，哈勃望远镜虽然有它的优势，但是在很多方面的观测，其他望远镜更占上风。在利用了位于夏威夷莫纳克亚山上的凯克望远镜 I上，有一个名为红外探测多目标光谱仪（MOSFIRE）的设备，具有极强的分辨能力和光谱测量能力。研究人员决定，利用MOSFIRE测算GN-z11的红移值，最终将测量值的精确度提高了100倍，确定了它的距离。

为此，研究人员选择了对这个星系的碳发射线进行分析，来计算其红移值。在此之前，哈勃太空望远镜已经多次检测到了这个特征，但是受限于它的解析能力，始终无法有效利用这个信息。于是，MOSFIRE的强大能力就大显神威了。

当这种发射线出现的时候，它还是处于紫外线范围内的。而由于天体之间的退行现象，当它被我们的望远镜观测到时，波长已经被拉长到了红外线范围。

（图片说明：本次研究中的碳发射线）

通过MOSFIRE的分析结果，研究人员发现，这个星系果然是迄今为止人类发现最遥远的星系，位于134亿光年之外！也就是说，我们今天看到的来自于GN-z11的电磁波是形成于134亿年前，考虑到宇宙138亿年的寿命，我们看到的是这个星系以及宇宙在大爆炸仅仅4亿年后的模样！

我们知道，在宇宙大爆炸后的38万年左右，我们的宇宙留下了最后一抹余晖（宇宙微波背景辐射），然后就进入了长达10亿年黑暗时代。在黑暗时代，我们只能探测到中性氢所释放的电磁波，极少能看到真正的天体。而像GN-z11这样的发现，是我们了解宇宙黑暗时代以及它如何走出这个时代的关键，这对于我们了解宇宙的演化历史至关重要。

根据NASA的计划，他们有望在今年年底将万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜发射升空，它的强大观测能力可以看到更加遥远的宇宙，甚至可能看到136亿光年以外的天体。宇宙的历史，正在一点点浮现。在人类通往宇宙诞生之谜的路上，少不了这些强大的观测设备，也更离不开像江林华这样的学者，向他们致敬！