以東京大學宇宙射線研究所的播金優一助教和早稻田大學理工學術院先進理工學部的井上昭雄教授爲中心的國際研究團隊，在距離地球135億光年的宇宙中發現了一個明亮的銀河候選星系HD1。這一發現表明，就在宇宙大爆炸後的3億年裏，像HD1這樣的明亮天體就已經存在於宇宙中。這個銀河候選星系是2021年年底發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡第一期的觀測目標，如果能透過光譜觀測應答準確的距離，HD1將成爲有記錄以來最遙遠的銀河星系。相關成果已發佈在The Astrophysical Journal的電子版上。
圖1：研究團隊發現的觀測史上最遙遠銀河的候選星系HD1偽色影像。等比增大圖中央的紅色天體就是此次發現的最遙遠銀河候選星系HD1。透過合成VISTA望遠鏡的三種顏色的觀測資料對影像進行了著色。（供圖：Harikane et al.）
研究團隊透過昴星團望遠鏡、VISTA望遠鏡、UK紅外望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡合計進行的1200多個小時的觀測中獲得了70多萬個天體的資料，從中發現了135億光年之外的最遙遠銀河星系的候選天體HD1。播金助教說：「從70多萬個天體中發現HD1是一項非常艱難的工作。我們邊更改星系的探索條件邊反復調查影像資料，經過幾個月的時間終於發現了HD1。HD1呈紅色，與預測的135億年前銀河特徵驚人地吻合，發現時激動得渾身都起了雞皮疙瘩。使用星系的光譜模式進行詳細分析後，我們得出結論，HD1是135億年前的銀河星系是最合理的解釋。然而，爲證實這一點，我們還需要實施能測量準確距離的光譜觀測。」
研究團隊爲檢測氧發射線，利用ALMA望遠鏡進行了光譜觀測。主導光譜觀測的井上教授說：「我們在預測到氧發射線的頻率上發現了微弱的訊號。訊號顯著性爲99.99％。如果這個訊號是真實的，將成爲HD1存在於135億光年之外的證據，但沒有99.9999％的顯著性就無法作爲可靠的證據。另一方面，訊號弱意味着氧成爲少，也就是說，HD1可能具備銀河剛形成時的初代特徵。」
圖2：新發現的最遙遠銀河候選星系和宇宙的歷史。最遙遠銀河候選星系HD1的推測紅移z=13.3，預計存在於比GN-z11（紅移z=11.0）還要遠約1億光年的宇宙中。（Credit：Harikane et al., NASA, ESA, and P. Oesch (Yale University)）
HD1非常明亮，這表明像HD1這樣的明亮天體在宇宙大爆炸僅3億年後就已經存在於宇宙中了。以往的星系形成理論模式並沒有預測到HD1的存在。有關HD1的觀測資訊有限，其物理性質一直是個謎。HD1被認爲是一個恆星形成非常活躍的銀河星系，但也有觀點認爲它是一個活動的黑洞。
HD1的天文學重要性得到身份鑑定，成爲2021年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的第一期觀測目標。播金助教還在主導利用該太空望遠鏡進行觀測。他表示：「HD1預定利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的光譜儀之一NIRSpec進行觀測。如果能透過光譜觀測應答HD1的準確距離比GN-z11還要遠1億光年的話，則其將成爲有記錄以來的最遙遠銀河星系。我們還預定利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行很多其他令人興奮的觀測，現在就已經急不可待了。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：The Astrophysical Journal
論文：「A Search for H-Dropout Lyman Break Galaxies at z~12-16」
DOI：10.3847/1538-4357/ac53a9
URL：iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac53a9
ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021arXiv211209141H/abstract
