高紅移星系，光譜向紅端移動相對值較高的星系。在給定的宇宙模型中，星系的紅移z越大，距離就越遠，觀測起來也就越困難。
基本介紹
- 中文名：高紅移星系
- 屬性：星系
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歷史
帕洛馬山天文台5米望遠鏡運行十多年後，至20世紀60年代發現的星系最大紅移只有0.46（射電星系3C295）。
1963年，M.施密特將3C273光譜中的一組發射線證認為紅移等於0.158的氫巴耳末線，認識到如果紅移來自宇宙膨脹，這個貌似恆星的天體（類星體）就不是在銀河系中，而是在遙遠宇宙深處，且光度超過整個星系。不到一年，最大紅移的記錄就被類星體3C147(z=0.55)打破。以後30年中，除1997年哈勃空間望遠鏡(HST)發現紅移等於4.92的引力透鏡星系之外，最大紅移的記錄一直被類星體保有。
在1982年9月發現紅移3.78的PKS2000–330以前，最大紅移的類星體都是用射電方法選出的，以後則交替為無縫光譜和多色測光等方法包攬。無縫光譜巡天借紅移到可見區的萊曼α等發射線挑出類星體，但受施密特望遠鏡極限星等的限制，能測到高紅移的不可能太多。
多色測光法的基礎是：恆星在多維顏色空間密集地處於非常狹窄的區域，而高紅移類星體則稀疏地落在一個星等之外。多色法由於可借配備CCD探測器的大口徑望遠鏡推進到更暗的星等，已成為發現高紅移類星體的主要方法。
它於1987年1月首次發現紅移大於4的類星體Q0046–293以後，囊括了至1998年7月底發現的紅移大於4的60多個類星體的60%。對X射線點源進行光學證認是發現類星體的另一有效方法。不過由於儀器靈敏度的限制，除少數例外，X射線選類星體的紅移一般都不太高。斯隆數字巡天(SDSS)項目顯示了多色法尋找高紅移類星體的巨大威力。它的主望遠鏡口徑2.5米，可進行u、g、r、i、z五色測光巡天，同時拍攝640個目標的光纖光譜，發現的類星體已達1萬以上，超過了過去30多年全世界發現的總數，囊括了紅移6以上的前8名。最高為6.42。預計巡天計畫完成時，可發現10萬個類星體，其中紅移大於4者估計約1 000個。按中國大天區面積多目標光譜巡天望遠鏡(LAMOST)計畫的設計能力，上述數字應能提高一個量級。由於正常星系是非點狀的展源，發射線又很弱甚至根本沒有，同類星體相比，發現高紅移星系要困難得多。
對於正在形成大量恆星的星暴星系，其新生的大質量高溫恆星會激發很強的萊曼α發射線，因此也可用多色成像方法在高紅移類星體周圍去尋找這種萊曼α發射體(LAE)。一個包括日本和美國天文學家的合作組在口徑8米的昴星望遠鏡主焦照相機上裝了一個中心波長800納米的窄帶濾光片NB816，用來觀測紅移5.74的寬吸收線類星體SDSSJ1044–0125周圍一個滿月大小的天區，2002年2月一次長達10小時的觀測發現了一個僅存在NB816像的星系，經昴星團望遠鏡的暗天體照相機和攝譜儀(FOCAS)的後隨觀測證實，這是一個紅移5.69的遙遠星系，被命名為LAEJ1044–0130。
其光譜中最亮的萊曼α發射線被紅移到了NB816能透過的區域。凱克Ⅱ望遠鏡的成像與階梯光柵譜儀(ESI)更細緻的觀測進一步支持了昴星團望遠鏡的結果，譜線輪廓的不對稱性還表明超新星爆發正驅動著氫氣以每秒數百千米的速度從該星系外流。這意味著大規模的恆星形成在大爆炸後數億年的宇宙早期已經開始。用類似方法發現的LAE還有紅移高達5.74的SSA22–HCM1，以及第一個紅移大於6的星系HCM6A(z=6.56)。但由於塵埃消光嚴重，大大減少了發現LAE的機會。幸運的是塵埃也可變害為利，被它吸收的恆星紫外光並未真正失蹤，還會在峰值100微米的遠紅外波段再輻射出來。高紅移星系一般恆星形成活動劇烈，其豐富的塵埃將把這種遠紅外輻射紅移到亞毫米波段。配有亞毫米波通用熱陣(SCUBA)的麥克斯韋望遠鏡(JCMT)就是用這一方法將5個z值在0.9和3.8之間的高紅移星系捕獲的。另一種尋找高紅移星系的有效方法稱為萊曼躍變法。由於高紅移星系處於宇宙早期，恆星形成活動劇烈，紫外連續輻射很強，但波長短於91.2納米（萊曼系限）的輻射被視線方向大量的中性氫所吸收，因而該星系的能譜分布(SED)在那裡有一個明顯的躍變，具有這種性質的星系稱為萊曼躍變星系(LBG)。
哈勃空間望遠鏡4個濾光片U、B、V、I的中心波長分別為300、450、606、814納米。這樣如果一個LBG紅移為3，它將不能被HST在U波段觀測到，而能在B,V,I波段觀測到。反之，若一個星系能被HST在B,V,I波段觀測到，而只在U波段觀測不到（UV缺失），那它就很可能是一個紅移約為3的LBG。當然，準確的紅移值尚待大望遠鏡的光譜觀測確定。現用萊曼躍變方法已找到1 000多個這類高紅移星系。與此類似，如果一個LBG星系只有V、I像而無U、B像（B缺失），其紅移應約為4。若連V像也看不到（R缺失），則紅移應約為5。
第一個經凱克Ⅱ分光證實紅移大於5（z=5.34）的星系0 140+326RD1就是用這種方法找到的。LBG樣本的完備視星等在R波段約為25.5等，利用該樣本可初步獲得LBG的光度函式、尺度分布、成團性、質光比、金屬豐度和恆星形成率等重要物理性質。未來幾年內，口徑超過6.5米，配備高效光學和近紅外相機及多目標攝譜儀的大型地面望遠鏡將達16台，哈勃空間望遠鏡由於新裝帶多種濾光片組的大視場CCD相機(ACS)而如虎添翼，如用F775W波段像缺失而F850LP波段像可見的方法發現了約30個紅移約6的LBG，在高紅移天體搜尋方面成就卓著的SDSS將把接力棒交給能力更強的後繼者LAMOST等，都無疑會把人類對宇宙的認識推向更遙遠的天際。
推薦書目
何香濤.觀測宇宙學.北京:科學出版社,2002.
