高红移星系

光谱向红端移动相对值较高的星系

高红移星系，光谱向红端移动相对值较高的星系。在给定的宇宙模型中，星系的红移z越大，距离就越远，观测起来也就越困难。

历史

帕洛马山天文台5米望远镜运行十多年后，至20世纪60年代发现的星系最大红移只有0.46（射电星系3C295）。

1963年，M.施密特将3C273光谱中的一组发射线证认为红移等于0.158的氢巴耳末线，认识到如果红移来自宇宙膨胀，这个貌似恒星的天体（类星体）就不是在银河系中，而是在遥远宇宙深处，且光度超过整个星系。不到一年，最大红移的记录就被类星体3C147(z=0.55)打破。以后30年中，除1997年哈勃空间望远镜(HST)发现红移等于4.92的引力透镜星系之外，最大红移的记录一直被类星体保有。

在1982年9月发现红移3.78的PKS2000–330以前，最大红移的类星体都是用射电方法选出的，以后则交替为无缝光谱和多色测光等方法包揽。无缝光谱巡天借红移到可见区的莱曼α等发射线挑出类星体，但受施密特望远镜极限星等的限制，能测到高红移的不可能太多。

多色测光法的基础是：恒星在多维颜色空间密集地处于非常狭窄的区域，而高红移类星体则稀疏地落在一个星等之外。多色法由于可借配备CCD探测器的大口径望远镜推进到更暗的星等，已成为发现高红移类星体的主要方法。

它于1987年1月首次发现红移大于4的类星体Q0046–293以后，囊括了至1998年7月底发现的红移大于4的60多个类星体的60%。对X射线点源进行光学证认是发现类星体的另一有效方法。不过由于仪器灵敏度的限制，除少数例外，X射线选类星体的红移一般都不太高。斯隆数字巡天(SDSS)项目显示了多色法寻找高红移类星体的巨大威力。它的主望远镜口径2.5米，可进行u、g、r、i、z五色测光巡天，同时拍摄640个目标的光纤光谱，发现的类星体已达1万以上，超过了过去30多年全世界发现的总数，囊括了红移6以上的前8名。最高为6.42。预计巡天计划完成时，可发现10万个类星体，其中红移大于4者估计约1 000个。按中国大天区面积多目标光谱巡天望远镜(LAMOST)计划的设计能力，上述数字应能提高一个量级。由于正常星系是非点状的展源，发射线又很弱甚至根本没有，同类星体相比，发现高红移星系要困难得多。

对于正在形成大量恒星的星暴星系，其新生的大质量高温恒星会激发很强的莱曼α发射线，因此也可用多色成像方法在高红移类星体周围去寻找这种莱曼α发射体(LAE)。一个包括日本和美国天文学家的合作组在口径8米的昴星望远镜主焦照相机上装了一个中心波长800纳米的窄带滤光片NB816，用来观测红移5.74的宽吸收线类星体SDSSJ1044–0125周围一个满月大小的天区，2002年2月一次长达10小时的观测发现了一个仅存在NB816像的星系，经昴星团望远镜的暗天体照相机和摄谱仪(FOCAS)的后随观测证实，这是一个红移5.69的遥远星系，被命名为LAEJ1044–0130。

其光谱中最亮的莱曼α发射线被红移到了NB816能透过的区域。凯克Ⅱ望远镜的成像与阶梯光栅谱仪(ESI)更细致的观测进一步支持了昴星团望远镜的结果，谱线轮廓的不对称性还表明超新星爆发正驱动着氢气以每秒数百千米的速度从该星系外流。这意味着大规模的恒星形成在大爆炸后数亿年的宇宙早期已经开始。用类似方法发现的LAE还有红移高达5.74的SSA22–HCM1，以及第一个红移大于6的星系HCM6A(z=6.56)。但由于尘埃消光严重，大大减少了发现LAE的机会。幸运的是尘埃也可变害为利，被它吸收的恒星紫外光并未真正失踪，还会在峰值100微米的远红外波段再辐射出来。高红移星系一般恒星形成活动剧烈，其丰富的尘埃将把这种远红外辐射红移到亚毫米波段。配有亚毫米波通用热阵(SCUBA)的麦克斯韦望远镜(JCMT)就是用这一方法将5个z值在0.9和3.8之间的高红移星系捕获的。另一种寻找高红移星系的有效方法称为莱曼跃变法。由于高红移星系处于宇宙早期，恒星形成活动剧烈，紫外连续辐射很强，但波长短于91.2纳米（莱曼系限）的辐射被视线方向大量的中性氢所吸收，因而该星系的能谱分布(SED)在那里有一个明显的跃变，具有这种性质的星系称为莱曼跃变星系(LBG)。

哈勃空间望远镜4个滤光片U、B、V、I的中心波长分别为300、450、606、814纳米。这样如果一个LBG红移为3，它将不能被HST在U波段观测到，而能在B,V,I波段观测到。反之，若一个星系能被HST在B,V,I波段观测到，而只在U波段观测不到（UV缺失），那它就很可能是一个红移约为3的LBG。当然，准确的红移值尚待大望远镜的光谱观测确定。现用莱曼跃变方法已找到1 000多个这类高红移星系。与此类似，如果一个LBG星系只有V、I像而无U、B像（B缺失），其红移应约为4。若连V像也看不到（R缺失），则红移应约为5。

第一个经凯克Ⅱ分光证实红移大于5（z=5.34）的星系0 140+326RD1就是用这种方法找到的。LBG样本的完备视星等在R波段约为25.5等，利用该样本可初步获得LBG的光度函数、尺度分布、成团性、质光比、金属丰度和恒星形成率等重要物理性质。未来几年内，口径超过6.5米，配备高效光学和近红外相机及多目标摄谱仪的大型地面望远镜将达16台，哈勃空间望远镜由于新装带多种滤光片组的大视场CCD相机(ACS)而如虎添翼，如用F775W波段像缺失而F850LP波段像可见的方法发现了约30个红移约6的LBG，在高红移天体搜寻方面成就卓著的SDSS将把接力棒交给能力更强的后继者LAMOST等，都无疑会把人类对宇宙的认识推向更遥远的天际。

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何香涛.观测宇宙学.北京:科学出版社,2002.

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