當(dāng)我們仰望夜空時，我們所看到的大多數(shù)星星都源自我們所在的銀河系。銀河系對于人類來說已經(jīng)顯得浩瀚無邊，其直徑達(dá)到了16萬光年，但在無盡的宇宙中，銀河系卻微不足道，它只是數(shù)以千億計的星系之一。光速雖然是宇宙中最快的速度，但也有限，所以越遠(yuǎn)的星系發(fā)出的光需要更長時間才能到達(dá)我們，這使我們有機(jī)會穿越宇宙的時間，觀察宇宙誕生之初的面貌。
2012年9月25日，NASA公開了一張由哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的極端深空場照片，其中僅有滿月十分之一大小的角落包含了近萬個星系。科學(xué)家根據(jù)這些星系的分布估計，在我們的宇宙中至少有兩萬億個與銀河系類似的星系。
美國和日本的天文學(xué)家觀測到了一個名為HD1的星系，其紅移值為13.24，根據(jù)他們的測算，HD1距離地球高達(dá)337億光年，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的距離地球最遠(yuǎn)的星系。然而，光速雖然是最快的速度，但它也有限，每秒約30萬公里，所以HD1的光需要135億年才能抵達(dá)地球。那么為什么HD1距離地球337億光年，但光只花了135億年才到達(dá)？
美國哈佛-史密松天體物理中心的Fabio Pacucci團(tuán)隊(duì)通過多個大型望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了HD1，并在智利使用阿塔卡大型陣列望遠(yuǎn)鏡對HD1進(jìn)行了詳細(xì)觀察，最終確定了其與地球的距離為334億光年，比之前發(fā)現(xiàn)的GN-z11還遠(yuǎn)10億光年。GN-z11是在2016年由美國宇航局和歐洲航天局聯(lián)合發(fā)現(xiàn)的，其紅移值為11.09，距離地球約324億光年，發(fā)出的光歷經(jīng)134億年才到達(dá)地球。這意味著GN-z11星系在宇宙誕生后的四億年就出現(xiàn)了，而HD1星系則誕生在135億年前，即宇宙大爆炸發(fā)生后僅三億年。
HD1幾乎是目前人類技術(shù)能夠觀測到的極限，而其明亮程度在紫外線波長下尤為顯著。關(guān)于其巨大的能量來源，研究人員提出了兩種可能的解釋。一種可能是HD1星系的中心存在著一個超大質(zhì)量黑洞，由于星系形成時間早，其中的恒星多為第一代恒星，它們質(zhì)量更高，體積更大，因此在被黑洞吞噬時會釋放出更大的能量，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射。據(jù)估計，這個黑洞的質(zhì)量可能達(dá)到太陽的一億倍左右，但研究人員認(rèn)為黑洞的成長需要時間，無法想象它是如何在僅誕生3億年的宇宙中迅速增長到如此龐大。另一種可能是HD1是一個星暴星系，即在星系內(nèi)部正在經(jīng)歷恒星大爆發(fā)。在HD1星系誕生初期，內(nèi)部存在大量的氣體云，這些氣體云聚集坍縮后會形成恒星。根據(jù)輻射能量的估算，HD1每年至少要產(chǎn)生100多顆與太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮阈�，才能釋放如此明亮的紫外線輻射。
然而，問題在于為什么HD1發(fā)出的光能夠在135億年的時間里走過337億光年的距離。宇宙學(xué)的現(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為，宇宙起源于約138億年前的大爆炸，此后整個宇宙一直在快速膨脹和擴(kuò)張。宇宙學(xué)家埃德溫·哈勃在20世紀(jì)20年代首次發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)宇宙不僅在邊緣膨脹，而且整個宇宙都在膨脹，就像充氣的氣球一樣。這意味著星系與星系之間的距離不斷拉遠(yuǎn)�；厮莸綌�(shù)十億年前，HD1星系與原始銀河系的距離只有24億光年，因此只需24億年，HD1的光就可以到達(dá)銀河系。但由于宇宙的膨脹，它們的距離逐漸拉遠(yuǎn)，最終導(dǎo)致光花費(fèi)了135億年的時間才能追上銀河系。這種看似超越光速的現(xiàn)象實(shí)際上是由于宇宙的膨脹，而不是星系本身的運(yùn)動，因此并不違反相對論。
在現(xiàn)代宇宙學(xué)的理論中，宇宙的膨脹速度約為每秒67千米每百萬秒差距，即每326萬光年，星系相對于我們的距離每秒增加67千米。135億年前，HD1星系和原始銀河系之間的距離為24億光年，只需要24億年，HD1的光就能到達(dá)銀河系。然而，宇宙膨脹導(dǎo)致它們的距離不斷增加，最終需要135億年才能趕上銀河系。所以，這種現(xiàn)象并沒有違反相對論，而是由于宇宙的膨脹。我們通常說的宇宙直徑約為930億光年，但這只是我們可觀測到的范圍。根據(jù)估算，隨著宇宙的不斷膨脹，某個距離界限之外的光將永遠(yuǎn)無法到達(dá)地球，這個界限大約為610億光年，這意味著人類可能永遠(yuǎn)無法看到宇宙的全部。在無限廣袤的宇宙中，我們只能觀測到有限的一部分，而宇宙的秘密和未知領(lǐng)域還有待繼續(xù)探索。這是宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系HD1所帶來的思考，它讓我們感受到宇宙的無限之美和深不可測。
