臺北市立天文科學教育館

國立清華大學博士生許棨甯，與中央研究院天文及天文物理研究所助研究員陳建州博士，率領國際團隊，首度觀測到宇宙紅外背景輻射的來源。研究團隊成功解析了450微米的宇宙紅外線背景光，證實其起源自遙遠的銀河系外星系。研究已發表於2024年3月出版的《Astrophysical Journal Letters》期刊上（Hsu et al. 2024）。

宇宙背景輻射是指除去我們太陽系、銀河系，以及所有已知鄰近天體所發出的電磁輻射以外，剩下的輻射。它均勻地橫跨整個宇宙，是無法移除的「背景」，因此被稱為宇宙背景輻射。大家比較常知道的「宇宙『微波』背景輻射」，即是宇宙中微波波段的背景，是宇宙大霹靂留下的證據。然而在其他波段，也有宇宙背景存在。其中，宇宙紅外線背景輻射一直被認為與宇宙的第一代恆星，以及古老的星系有關。它們原本發出強烈的紫外線，但由於宇宙的膨脹，當它們被我們地球觀測到時已經紅移成紅外線。此外，宇宙中的塵埃也會吸收短波輻射，然後釋放紅外線。因此，我們觀測到的宇宙紅外背景輻射實際上相當亮，但一直無法解析其來源，因此一直停留在理論層面。

直到這次研究，研究團隊利用夏威夷馬克斯威望遠鏡（JCMT）成功解析了450微米的宇宙紅外背景光，證實其來自銀河系外的星系。而這項成功的關鍵在於利用「重力透鏡效應」。研究團隊持續對10個大質量星系團進行觀測，利用前景的巨大星系團所提供的強烈重力透鏡效應，取得了前所未有的觀測靈敏度，成功解析了450微米的宇宙背景輻射，證實其來自銀河系外的星系。重力透鏡效應是愛因斯坦廣義相對論預測的現象，它可以放大遠處光源的光線，增強它們微弱的訊號，使我們能夠深入探索宇宙。

圖說：背景圖為COBE衛星拍攝的宇宙背景輻射分布圖。右圖為本次研究於450微米的突破性觀測，這些紅圈起來的綠色小點是透過重力透鏡效應得以被放大解析出來的星系，證實為宇宙紅外背景輻射的來源。

透過揭開宇宙紅外背景的神秘面紗，不僅讓我們更了解宇宙紅外背景，也讓我們獲得宇宙早期歷史的新見解，包括整個宇宙中星系的分佈和演化。

（編輯／段皓元）

參考資料：中研院天文所