科学家们使用专门的望远镜来探测遥远的星系，以至于它们的光需要数十亿年才能到达地球。通过观察这些古老的宇宙物体，天文学家可以看到宇宙在形成的早期阶段是什么样子。据估计，可观测的宇宙中有超过一万亿个星系，但大多数星系对于传统设备来说仍然是看不见的。
检测此类远程物体需要分析电磁频谱多个频率的辐射，而不仅仅是我们的眼睛可以捕获的可见光。巴西利亚天主教大学教授、天体物理学家亚当·史密斯·贡蒂霍 (Adam Smith Gontijo) 解释说：“宇宙发射电磁波谱不同频率的辐射，每个波段都揭示一种信息。”
天文学家如何发现遥远的星系
在不同波长下观察宇宙对于定位传统观测中隐藏的宇宙结构至关重要。研究人员分析无线电波、微波、红外线、紫外线、X 射线和伽马射线，拼凑出一幅完整的图片。
宇宙中能量非常高的区域通常会发射紫外线辐射或 X 射线，而较冷的结构，例如气体云和尘埃云，则可以在红外观测或无线电频率中清楚地显现出来。这种信息的多样性使天文学家能够识别仅在一种波长下观察时完全看不见的星系。
这个过程中一个重要的现象就是红移，也称红移。 “对于非常古老的星系，宇宙的膨胀导致它们发出的光‘拉伸’到我们这里，转向红色，”贡蒂霍描述道。随着太空不断膨胀，数十亿年前星系发出的光需要经过一段巨大的旅程才能到达我们的星球。在穿过宇宙的过程中，波长逐渐变长，并且往往出现在电磁频谱的较红频率中。
像詹姆斯·韦伯这样的红外望远镜已经成为这项探索的重要仪器。该设备可以检测最远星系发出的红外辐射，正是这种位移光变得可见的光谱范围。
- 无线电波揭示能量结构
- 红外检测较冷、较旧的物体
- X 射线可识别活动剧烈的区域
- 微波绘制宇宙微波背景图
- 光谱分析化学成分和距离
光谱学：揭示星系秘密的工具
除了望远镜捕获的图像之外，天文学家还使用光谱学来揭示遥远星系的特性。这项技术彻底分析天体发出的光，以确定其特定的化学成分，并准确估计它们与我们之间的距离。
当天文学家分析遥远星系的光谱时，他或她可以确定该物体中存在哪些化学元素。红外或可见光谱线的位置揭示了有关辐射因宇宙膨胀而“拉伸”了多少的信息，使我们能够计算出该星系距地球有多远。
为什么观察太空就意味着观察过去
天文学最迷人的特征在于一个简单的物理真理：观察宇宙不可避免地就是观察它的过去。这种现实之所以存在，是因为光需要时间才能穿越广阔的宇宙距离。
“太阳距地球约 1.5 亿公里。它的光大约需要八分钟才能到达我们”，巴西利亚大学研究员、天文学家阿德里亚诺·莱昂内斯 (Adriano Leonês) 解释道。当我们看到太阳从地平线升起时，我们实际上正在想象那一刻之前八分钟的恒星。到达我们眼睛的图像不可避免地会出现时间延迟。
同样的逻辑适用于所有可观测的天体。半人马座阿尔法星是距离太阳系最近的恒星，距离太阳系约四光年。这意味着光线四年前离开了那颗恒星，现在才到达这里。当天文学家将望远镜指向数十亿光年之外的极其遥远的星系时，他们看到的这些宇宙结构与数十亿年前、宇宙早期历史中的样子一样。
在百亿光年之外观测到的星系显示了宇宙在只有几十亿年时的样子。这些观测结果使科学家能够重建星系从诞生到当前状态的演化历史。这就像拥有宇宙历史不同时代的照片记录，可以通过现代望远镜访问。