科學家使用專門的望遠鏡來探測遙遠的星系，以至於它們的光需要數十億年才能到達地球。透過觀察這些古老的宇宙物體，天文學家可以看到宇宙在形成的早期階段會是什麼樣子。據估計，可觀測的宇宙中有超過一兆個星系，但大多數星係對於傳統設備來說仍然是看不見的。
偵測此類遠端物體需要分析電磁頻譜多個頻率的輻射，而不僅僅是我們的眼睛可以捕捉的可見光。巴西利亞天主教大學教授、天文物理學家亞當·史密斯·貢蒂霍 (Adam Smith Gontijo) 解釋說：“宇宙發射電磁波譜不同頻率的輻射，每個波段都揭示一種訊息。”
天文學家如何發現遙遠的星系
在不同波長下觀察宇宙對於定位傳統觀測中隱藏的宇宙結構至關重要。研究人員分析無線電波、微波、紅外線、紫外線、X 射線和伽馬射線，拼湊出完整的圖片。
宇宙中能量非常高的區域通常會發射紫外線輻射或 X 射線，而較冷的結構，例如氣體雲和塵埃雲，則可以在紅外線觀測或無線電頻率中清楚地顯現出來。這種資訊的多樣性使天文學家能夠識別僅在一種波長下觀察時完全看不見的星系。
這個過程中一個重要的現象就是紅移，也稱為紅移。 「對於非常古老的星系，宇宙的膨脹導致它們發出的光『拉伸』到我們這裡，轉向紅色，」貢蒂霍描述道。隨著太空不斷膨脹，數十億年前星系發出的光需要經過一段巨大的旅程才能到達我們的星球。在穿過宇宙的過程中，波長逐漸變長，並且往往出現在電磁頻譜的較紅頻率中。
像詹姆斯韋伯這樣的紅外線望遠鏡已經成為這項探索的重要儀器。該設備可以偵測最遠星系發出的紅外線輻射，正是這種位移光變得可見的光譜範圍。
- 無線電波揭示能量結構
- 紅外線檢測較冷、較舊的物體
- X 光可辨識活動劇烈的區域
- 微波繪製宇宙微波背景圖
- 光譜分析化學成分和距離
光譜學：揭示星系秘密的工具
除瞭望遠鏡捕捉的影像之外，天文學家還使用光譜學來揭示遙遠星系的特性。這項技術徹底分析天體發出的光，以確定其特定的化學成分，並準確估計它們與我們之間的距離。
當天文學家分析遙遠星系的光譜時，他或她可以確定該物體中存在哪些化學元素。紅外線或可見光譜線的位置揭示了有關輻射因宇宙膨脹而「拉伸」了多少的信息，使我們能夠計算出該星系距地球有多遠。
為什麼觀察太空就意味著觀察過去
天文學最迷人的特徵在於一個簡單的物理真理：觀察宇宙不可避免地就是觀察它的過去。這種現實之所以存在，是因為光需要時間才能穿越廣闊的宇宙距離。
“太陽距離地球約 1.5 億公里。它的光大約需要八分鐘才能到達我們”，巴西利亞大學研究員、天文學家阿德里亞諾·萊昂內斯 (Adriano Leonês) 解釋道。當我們看到太陽從地平線升起時，我們實際上正在想像那一刻之前八分鐘的恆星。到達我們眼睛的圖像不可避免地會出現時間延遲。
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。當天文學家將望遠鏡指向數十億光年之外的極其遙遠的星系時，他們看到的這些宇宙結構與數十億年前、宇宙早期歷史中的樣子一樣。
在百億光年之外觀察到的星系顯示了宇宙在只有幾十億年時的樣子。這些觀測結果使科學家能夠重建星系從誕生到當前狀態的演化歷史。這就像擁有宇宙歷史不同時代的照片記錄，可以透過現代望遠鏡存取。