第三章 演化中的宇宙 大爆炸后7億～90億年

在前兩章的講述之后，我們到達(dá)了宇宙演化史上出現(xiàn)能夠?qū)嶋H看到的分立天體的時(shí)間點(diǎn)。甚至在最早的恒星出現(xiàn)之前，物質(zhì)收縮形成星系的過程就已經(jīng)開始。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的深空圖像揭示出大爆炸后7億年時(shí)的星系景象——它們看上去與在我們附近的天體不同。許多都較小，而且有各式各樣奇怪而美妙的形狀，有些里面還有大質(zhì)量黑洞。占主導(dǎo)地位的是神秘的類星體，現(xiàn)在知道這種能量源是非?；钴S的星系核，其光度等效于幾千個(gè)銀河系。因?yàn)樗鼈內(nèi)绱嗣髁粒钥梢詮暮苓h(yuǎn)的地方看到，也就是可以追溯到宇宙相當(dāng)年輕的那些日子。

超大質(zhì)量黑洞

在這些星系的中心，甚至在很早的階段就存在著數(shù)百萬太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。就像我們前面提到過的，它們可能直接由坍縮的氣體形成，也可能是大質(zhì)量恒星的殘余又吸附了大量的額外物質(zhì)而形成的。無論如何，這一尺寸的黑洞其引力都十分巨大，能夠吸引龐大數(shù)量的物質(zhì)。

看來在星系形成的早期，當(dāng)恒星剛開始形成時(shí)，有大量的塵埃和氣體存在。這些物質(zhì)的存在為黑洞提供了燃料，并向內(nèi)旋轉(zhuǎn)形成圓盤狀。這時(shí)，它所發(fā)出的光線分成多個(gè)束流，當(dāng)我們沿著其中一束的方向看過去時(shí)，就看到了被稱作類星體的威力巨大的信標(biāo)。在宇宙演化的這個(gè)早期階段，這些原始星系之間的碰撞是很平常的。而當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，新的物質(zhì)被吸入一個(gè)或幾個(gè)黑洞中，類星體發(fā)出閃亮。實(shí)際上，所有大質(zhì)量星系，包括我們的銀河系，在演化過程中都經(jīng)歷過類星體的階段。而近來對某些類星體的研究發(fā)現(xiàn)，在其他方面它們就是普通星系。當(dāng)燃料最終耗盡時(shí)，星系就穩(wěn)定下來。

這個(gè)在地球軌道上運(yùn)行的天文臺將望遠(yuǎn)鏡指向了一塊以前從未引起過任何興趣的天空。長達(dá)100萬秒（略長于11天）的極端長時(shí)間曝光使得來自最暗

弱天體的光線也能積累到可被探測到的水平，將這塊似乎空無一物的天區(qū)變成充滿成千上萬個(gè)星系的地方。圖中每一個(gè)斑點(diǎn)都代表一個(gè)背景星系，而不是背景恒星。并且盡管有少量較近的星系看上去完全平常，大多數(shù)則是小很多，暗很多，且明顯怪很多。即使根據(jù)直觀印象也能得出一些結(jié)論。例如，顏色發(fā)紅的星系是最遠(yuǎn)的，因?yàn)榧t移很大。所以我們可以把這些探測到的天體按照大致的演化順序分類排列。

通過觀察這些最早的星系并嘗試以上的分析，可以獲得對今天星系如何形成的深入認(rèn)識。我們不再認(rèn)為每個(gè)星系都是相互隔絕地形成的，否則，在超深空照片中，較大的“普通”星系應(yīng)該少些。根據(jù)模擬結(jié)果提出的新的圖景是：早期的坍縮會(huì)導(dǎo)致較小的結(jié)構(gòu)，然后再經(jīng)過一系列的碰撞合并形成較大的系統(tǒng)。在可觀測宇宙最遠(yuǎn)古的區(qū)域里的這些大量的小星系正是這一過程的原料。探測到的這些星系為這一理論增加了砝碼。在超深空視野照片中所看到的正是建造我們所熟悉的現(xiàn)代宇宙的磚石。這一進(jìn)程甚至可能仍在繼續(xù)，近年來我們已經(jīng)認(rèn)識到銀河系也是一個(gè)吞食同類的巨物，因?yàn)樘煳膶W(xué)家觀測到它正在把一些矮星系撕裂。