以东京大学宇宙射线研究所的播金优一助教和早稻田大学理工学术院先进理工学部的井上昭雄教授为中心的国际研究团队，在距离地球135亿光年的宇宙中发现了一个明亮的银河候选星系HD1。这一发现表明，就在宇宙大爆炸后的3亿年里，像HD1这样的明亮天体就已经存在于宇宙中。这个银河候选星系是2021年年底发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜第一期的观测目标，如果能通过光谱观测确认准确的距离，HD1将成为有记录以来最遥远的银河星系。相关成果已发布在The Astrophysical Journal的电子版上。
图1：研究团队发现的观测史上最遥远银河的候选星系HD1伪彩色图像。放大图中央的红色天体就是此次发现的最遥远银河候选星系HD1。通过合成VISTA望远镜的三种颜色的观测数据对图像进行了着色。（供图：Harikane et al.）
研究团队通过昴星团望远镜、VISTA望远镜、UK红外望远镜和斯皮策空间望远镜合计进行的1200多个小时的观测中获得了70多万个天体的数据，从中发现了135亿光年之外的最遥远银河星系的候选天体HD1。播金助教说：“从70多万个天体中发现HD1是一项非常艰难的工作。我们边更改星系的探索条件边反复调查图像数据，经过几个月的时间终于发现了HD1。HD1呈红色，与预测的135亿年前银河特征惊人地吻合，发现时激动得浑身都起了鸡皮疙瘩。使用星系的光谱模型进行详细分析后，我们得出结论，HD1是135亿年前的银河星系是最合理的解释。然而，为证实这一点，我们还需要实施能测量准确距离的光谱观测。”
研究团队为检测氧发射线，利用ALMA望远镜进行了光谱观测。主导光谱观测的井上教授说：“我们在预测到氧发射线的频率上发现了微弱的信号。信号显著性为99.99％。如果这个信号是真实的，将成为HD1存在于135亿光年之外的证据，但没有99.9999％的显著性就无法作为可靠的证据。另一方面，信号弱意味着氧成为少，也就是说，HD1可能具备银河刚形成时的初代特征。”
图2：新发现的最遥远银河候选星系和宇宙的历史。最遥远银河候选星系HD1的推测红移z=13.3，预计存在于比GN-z11（红移z=11.0）还要远约1亿光年的宇宙中。（Credit：Harikane et al., NASA, ESA, and P. Oesch (Yale University)）
HD1非常明亮，这表明像HD1这样的明亮天体在宇宙大爆炸仅3亿年后就已经存在于宇宙中了。以往的星系形成理论模型并没有预测到HD1的存在。有关HD1的观测信息有限，其物理性质一直是个谜。HD1被认为是一个恒星形成非常活跃的银河星系，但也有观点认为它是一个活动的黑洞。
HD1的天文学重要性得到认可，成为2021年发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜的第一期观测目标。播金助教还在主导利用该空间望远镜进行观测。他表示：“HD1预定利用詹姆斯·韦伯空间望远镜的光谱仪之一NIRSpec进行观测。如果能通过光谱观测确认HD1的准确距离比GN-z11还要远1亿光年的话，则其将成为有记录以来的最遥远银河星系。我们还预定利用詹姆斯·韦伯空间望远镜进行很多其他令人兴奋的观测，现在就已经急不可待了。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：The Astrophysical Journal
论文：“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
