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近日 ， 来自东京大学和伦敦大学学院的科学家 播金优一 在天文物理期刊《The Astrophysical Journal》发表了一篇论文 ， 宣称他们可能找到目前最远的星系（名为 HD-1 ， 红移值 z 约为13） ， 打破了原本最远（GNz-11 ， z 约为 11）的纪录 。
时间推回到二十世纪初 ， 当时的科学家们对宇宙大小到底是恒定或是膨胀争论不休 ， 其中 ， 爱因斯坦便是支持“宇宙稳恒态理论”的知名科学家 。而支持膨胀宇宙的科学家们 ， 一直到公元 1929 年 ， 爱德温. 哈伯通过测量其他星系 ， 发现了宇宙在膨胀 ， 才为膨胀宇宙注入了一剂强心针 。 接下来的各种证据 ， 如宇宙微波背景辐射、宇宙中元素的比例等 ， 让天文学家们越来越确信宇宙的年龄是有限的 ， 并开始利用纸笔与超级计算机 ， 来推测最早、也就是第一代星系及恒星的样貌 ， 并尝试用望远镜 ， 来寻找早期星系是否和我们预测的相符 。
科学家是如何知道距离的呢？
天文学家并没有一把长达“一百多万光年”的尺 ， 那他们是如何寻找 ， 并且知道这些早期星系距离我们有多远呢？ 让我们把两个问题分开 ， 先来探讨在宇宙学尺度下的距离是怎么得到的 。
由于我们知道宇宙在膨胀 ， 而这些远离我们的星系所发出的光 ， 也会因为类似都卜勒效应的影响 ， 有着红移的现象 。而越远的星系远离我们的速度越快 ， 它们红移值也就越大;而从实验室中 ， 我们知道每种元素都会发出特定的谱线 ， 藉由测量到星系光谱中特定谱线的实际位置 ， 并与那条谱线所该在的位置比较 ， 就能够计算这些星系的红移值了 。 而结合红移值和其他测量到的宇宙学参数（例如哈伯常数） ， 就可以从星系的红移值计算出物理上的距离 ， 比如大家常会看到的“光年” 。 那既然这样 ， 我们只要测量所有星系的光谱 ， 不就能知道最远的星系是哪一个了吗？ 可惜事情并没有这么简单 。
一来 ， 很多星系（尤其是越远的星系）都很黯淡 ， 难以测量光谱 ， 二来 ， 测量光谱实际上是又贵又耗时的 。所以 ， 以“寻找”的为目的 ， 做单一波段的搜索通常是比较实际的作法 。但若是使用单一波段 ， 不就代表我们没有光谱 ， 这样不就又不知道距离了？大家应该都听过盲人摸象的故事 ， 透过观测越多的波段 ， 我们就越能描绘出实际上的光谱 ， 再根据现有的理论模型 ， 我们就可以利用光谱拟合来推论出这些星系的红移值 。
【极目远眺的意义：天文学家为何追寻第一代星系】
那么 ， 找出这些早期星系有什么科学意义？
现代宇宙学理论认为 ， 宇宙在早期曾经经历过两次相变 。第一次是宇宙从炙热的游离态降温回到中性的气态 ， 被称为宇宙的复合时期 ， 也是大家熟悉的宇宙微波背景的起源;第二次（也是最后一次）的相变 ， 宇宙中的中性氢变成了游离化的氢离子 ， 这个相变的过程被称为再电离时期 。
而目前认为 ， 第二次这个电离的原因 ， 是第一代恒星和第一代星系所发出的强紫外线光 ， 把周围的中性氢游离成氢离子 。藉由寻找越来越多的早期星系 ， 我们就能透过这些早期星系来描绘宇宙再电离时期的历史 ， 而这又能够进一步验证现代宇宙学理论是否正确 。不仅如此 ， 研究这些早期星系 ， 可以让我们对于星系演化的历史更往前推 ， 或是研究早期星系的超大质量黑洞 ， 是如何长到这么大等等的议题 。
未来展望
在 2021 年底顺利升空的詹姆斯. 韦伯太空望远镜 ， 其中一个主要的科学目标就是研究早期宇宙 。如这篇文章一开始提到的“新的最远的星系（HD-1）” ， 又如前一阵子发现的“最远恒星 Earendel” ， 以及同一团队的另一个红移约 11 的星系 ， 都在第一轮 JWST 的观测计划之中 。 期待几个月后JWST公布的第一批科学照片 ， 能大幅革新我们对早期宇宙的认识 。
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