然而,视觉盛宴还远未结束。如果你仔细观察照片更深处那些红色、橙色和米色的小点,你会发现许多都呈现出明显的螺旋结构。它们是比 ESO 490-017 还要遥远得多的星系,在同一个画面中,构建出层层递进的宇宙图景 。
我们知道,宇宙自大爆炸以来一直在持续膨胀。但这种膨胀并非绝对均匀。宇宙中物质的分布并不平均,当物质聚集形成巨大的星系团或暗物质晕时,它们的引力会像一个隐形的引擎,牵引着周围的星系偏离单纯的宇宙膨胀运动。这种由引力驱动的大尺度结构运动,就是天文学家所说的“宇宙流” 。
要绘制出这股三维的暗流,只凭一张二维的平面照片是不够的。天文学家必须为每一个星系测出精确的距离。哈勃完成这项任务的法宝,是利用一种被称为“标准烛光”的方法。
什么是“标准烛光”?在天文学中,它指的是一类本身亮度(光度)已知且极其稳定的天体。科学家通过测量我们看到的视亮度,再与其已知的真实亮度对比,就能像用工程尺丈量一样,精确计算出它的距离。
对于哈勃的这项任务,最关键的尺子就是红巨星。不过,并非所有红巨星都能胜任,而是那些处于一个特定、短暂演化阶段的红巨星。当一颗质量不大的恒星耗尽了核心的氢,开始点燃核心周围的氦时,它会经历一个亮度急剧攀升并达到峰值的阶段,天文学上将其称为“红巨星分支的顶端”(Tip of the Red Giant Branch,简称 TRGB)。奇妙的是,不同恒星的这个峰值光度惊人地一致,使其成为极可靠的距离标记物 。
这项技术的重要性远不止于绘制宇宙流。不久前,卡内基-芝加哥哈勃计划(Carnegie-Chicago Hubble Program)的科学家团队,就利用红巨星作为全新的标准烛光,对宇宙的膨胀速率——哈勃常数,进行了一次完全独立的测量 。
目前,通过测量早期宇宙的遗迹辐射(宇宙微波背景)和通过测量近邻宇宙中天体距离,计算出的两个哈勃常数值之间存在明显且难以调和的差异,这被称作“哈勃常数紧张关系”或“哈勃危机”(Hubble tension)。这个矛盾暗示,我们对宇宙的现有理解可能存在根本性的缺陷 。
卡内基-芝加哥哈勃计划的测量结果恰恰落在这两个相互矛盾的数值中间,为这场激烈的辩论投下了一个重磅砝码 。而此次哈勃拍摄 ESO 490-017 的观测项目,正是在为这项重要工作打下坚实基础:通过测量更多邻近星系的距离,来不断校准宇宙距离阶梯中最基础的那一阶
。
在这些矮星系中观测到的环境——金属丰度低、质量小,与宇宙诞生之初第一批星系形成的条件有着惊人的相似之处。通过进行多波段的详细观测,天文学家可以深入了解在如此严苛条件下,恒星是如何诞生的。此外,该项目建立起来的有关邻近星系中各种恒星族群的详细档案,将成为一份宝贵的天文学遗产,供日后的科学研究所用,其价值远远超出了最初测绘宇宙流的目标 。
哈勃的每一次“随手一拍”,似乎都在不经意间,为我们掀开了一角关于宇宙过去、现在与未来的深邃幕布。