天文台捕捉到宇宙最初十億年誕生的星系影像

天文學家使用最先進的望遠鏡來探測遙遠的星系，它們的光已經傳播了數十億年才到達地球。這些觀測結果就像宇宙時間機器一樣，使科學家能夠想像宇宙形成的早期階段。據估計，可觀測的宇宙包含超過一兆個星系，但大多數星係對於傳統儀器來說仍然是看不見的。電磁頻譜不同頻率的輻射分析對於這項探索至關重要。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) 表示：“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。”

多個頻率揭示宇宙的隱藏結構

在不同波長下觀察宇宙對於定位傳統觀測中不可見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，拼湊出太空中存在物質的完整圖像。

宇宙的高能量區域經常發射紫外線或 X 射線，而較冷的結構，如氣體雲和塵埃雲，則在紅外線或射頻觀測中清晰地顯現出來。這種資訊的多樣性使天文學家能夠識別僅在特定波長下觀察時完全不可見的星系。

• 無線電波揭示了能量結構和高強度現象。
• 紅外線探測較冷、較古老的物體，包括早期星系。
• X 射線可辨識活動強烈的區域和黑洞。
• 微波繪製了早期宇宙的宇宙微波背景輻射。
• 光譜分析化學成分並準確計算距離。

紅移：宇宙的膨脹如何揭示過去

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。該設備可以探測最遠星系發出的紅外線輻射，正是探測器可以看到這種位移光的光譜範圍。

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光譜學揭示了遙遠星系的組成和距離

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」了多少的資訊。

觀察太空就是觀察宇宙的過去

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。

同樣的邏輯也適用於所有可觀測的天體。半人馬座阿爾法星是距離太陽系最近的恆星，距離太陽系約四光年。這意味著光線四年前離開了那顆恆星，現在才到達這裡。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，作為宇宙歷史不同時代的照片記錄。