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，我們到達了宇宙演化史上出現(xiàn)能夠實際看到的分立天體的時間點。甚至在最早的恒星出現(xiàn)之前，物質收縮形成星系的過程就已經開始。哈勃太空望遠鏡的深空圖像揭示出大爆炸后7億年時的星系景象——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，有些里面還有大質量黑洞。占主導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銀河系。因為它們如此明亮，所以可以從很遠的地方看到，也就是可以追溯到宇宙相當年輕的那些日子。

超大質量黑洞

在這些星系的中心，甚至在很早的階段就存在著數百萬太陽質量的超大質量黑洞。就像我們前面提到過的，它們可能直接由坍縮的氣體形成，也可能是大質量恒星的殘余又吸附了大量的額外物質而形成的。無論如何，這一尺寸的黑洞其引力都十分巨大，能夠吸引龐大數量的物質。

看來在星系形成的早期，當恒星剛開始形成時，有大量的塵埃和氣體存在。這些物質的存在為黑洞提供了燃料，并向內旋轉形成圓盤狀。這時，它所發(fā)出的光線分成多個束流，當我們沿著其中一束的方向看過去時，就看到了被稱作類星體的威力巨大的信標。在宇宙演化的這個早期階段，這些原始星系之間的碰撞是很平常的。而當兩個星系合并時，新的物質被吸入一個或幾個黑洞中，類星體發(fā)出閃亮。實際上，所有大質量星系，包括我們的銀河系，在演化過程中都經歷過類星體的階段。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。當燃料最終耗盡時，星系就穩(wěn)定下來。

這個在地球軌道上運行的天文臺將望遠鏡指向了一塊以前從未引起過任何興趣的天空。長達100萬秒（略長于11天）的極端長時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星系的地方。圖中每一個斑點都代表一個背景星系，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，大多數則是小很多，暗很多，且明顯怪很多。即使根據直觀印象也能得出一些結論。例如，顏色發(fā)紅的星系是最遠的，因為紅移很大。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識。我們不再認為每個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”星系應該少些。根據模擬結果提出的新的圖景是：早期的坍縮會導致較小的結構，然后再經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。這一進程甚至可能仍在繼續(xù)，近年來我們已經認識到銀河系也是一個吞食同類的巨物，因為天文學家觀測到它正在把一些矮星系撕裂。