天文台捕捉到宇宙最初十亿年诞生的星系图像

天文学家使用最先进的望远镜来探测遥远的星系，它们的光已经传播了数十亿年才到达地球。这些观测结果就像宇宙时间机器一样，使科学家能够想象宇宙形成的早期阶段。据估计，可观测的宇宙包含超过一万亿个星系，但大多数星系对于传统仪器来说仍然是看不见的。电磁频谱不同频率的辐射分析对于这一探索至关重要。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) 表示：“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。”

多个频率揭示宇宙的隐藏结构

在不同波长下观察宇宙对于定位传统观测中不可见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，拼凑出太空中存在物质的完整图片。

宇宙的高能区域经常发射紫外线或 X 射线，而较冷的结构，如气体云和尘埃云，则在红外或射频观测中清晰地显现出来。这种信息的多样性使天文学家能够识别仅在特定波长下观察时完全不可见的星系。

• 无线电波揭示了能量结构和高强度现象。
• 红外线探测较冷、较古老的物体，包括早期星系。
• X 射线可识别活动强烈的区域和黑洞。
• 微波绘制了早期宇宙的宇宙微波背景辐射。
• 光谱分析化学成分并准确计算距离。

红移：宇宙的膨胀如何揭示过去

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。该设备可以探测最远星系发出的红外辐射，正是探测器可以看到这种位移光的光谱范围。

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光谱学揭示了遥远星系的组成和距离

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。

观察太空就是观察宇宙的过去

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。

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，作为宇宙历史不同时代的照片记录。