天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密

天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密 罗格斯大学的天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了沃尔夫-伦德马克-梅洛特星系，揭开了宇宙早期恒星形成的历史。他们的发现为星系如何演化以及温度在恒星形成中的作用提供了新的见解。资料来源：美国国家航空航天局面向宇宙的“考古发掘”艺术与科学学院物理与天文学系助理教授克里斯汀-麦奎恩（Kristen McQuinn）说："通过如此深入的观察和如此清晰的观察，我们已经能够有效地回到过去，基本上是在进行一种考古挖掘，寻找宇宙历史早期形成的低质量恒星。"她领导的这项研究发表在《天体物理学报》。McQuinn认为，罗格斯大学高级研究计算办公室管理的Amarel高性能计算集群使研究小组能够计算银河系的恒星发展史。这项研究的一个方面是将一次大规模计算重复600次。她补充说，这项重大计算工作还有助于确认望远镜校准和数据处理程序，这将使更广泛的科学界受益。WLM星系部分区域的两幅景象，一幅由美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄（左），另一幅由詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄。图片来源：Science：NASA, ESA, CSA, IPAC, Kristen McQuinn (RU), Image Processing：Zolt G. Levay（STScI），Alyssa Pagan（STScI）低质量星系的重要性麦奎恩对所谓的"低质量"星系特别感兴趣。因为它们被认为是早期宇宙的主宰，研究人员可以利用它们来研究恒星的形成、化学元素的演化以及恒星形成对星系气体和结构的影响。它们很微弱，分布在天空中，构成了本地宇宙中的大多数星系。像韦伯望远镜这样先进的望远镜让科学家们能够近距离观察它们。WLM是德国天文学家马克斯-沃尔夫（Max Wolf）于1909年发现的一个"不规则"星系，这意味着它不具有明显的形状，如螺旋形或椭圆形，瑞典天文学家克努特-伦德马克（Knut Lundmark）和英国天文学家菲力伯特-雅克-梅洛特（Philibert Jacques Melotte）于1926年对它进行了更详细的描述。它位于本星系群的外围，本星系群是一个哑铃状的星系群，其中包括银河系。麦奎因指出，由于位于本星系群的边缘，WLM免受了与其他星系交融的破坏，使其恒星群处于原始状态，有利于研究。天文学家之所以对WLM感兴趣，还因为它是一个充满活力的复杂星系，拥有大量气体，能够积极地形成恒星。WLM 银河系中的恒星形成为了了解银河系恒星形成的历史即恒星在宇宙不同时期的诞生速度，麦奎恩和她的团队利用这架望远镜煞费苦心地将包含成千上万颗恒星的天空区域归零。为了确定恒星的年龄，他们测量了恒星的颜色（代表温度）和亮度。麦奎因说："我们可以利用我们对恒星演化的了解，以及这些颜色和亮度所表明的情况，基本上确定星系恒星的年龄。"研究人员随后对不同年龄的恒星进行了计数，并绘制出了宇宙历史上恒星的诞生率。以这种方式对恒星进行编目向研究人员表明，随着时间的推移，WLM 产生恒星的能力在起伏。研究小组的观测结果证实了科学家们早些时候利用哈勃太空望远镜所做的评估，这些观测结果表明，在宇宙历史的早期，该星系曾在30亿年的时间里产生过恒星。它停顿了一段时间，然后又重新点燃。她相信这种停顿是由早期宇宙的特定条件造成的："那时的宇宙真的很热。我们认为，宇宙的温度最终加热了这个星系中的气体，使恒星的形成一度停止。冷却期持续了几十亿年，然后恒星形成再次开始。"这项研究是美国国家航空航天局"早期发布计划"的一部分，该计划指定科学家与太空望远镜科学研究所合作开展研究，旨在突出韦伯的能力，帮助天文学家为未来的观测做好准备。美国国家航空航天局于 2021 年 12 月发射了韦伯望远镜。这个大型镜面仪器在距离地球一百万英里的地方围绕太阳运行。科学家们争先恐后地在望远镜上研究一系列课题，包括早期宇宙的状况、太阳系的历史以及系外行星的搜寻。麦奎因说："这项计划将产生许多尚未完成的科学成果。"相关文章:韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身：水和简单的有机分子 ... PC版： 手机版：

宇宙年龄再次受质疑：仅8亿年古老星系却比银河系的恒星数量还要多

宇宙年龄再次受质疑：仅8亿年古老星系却比银河系的恒星数量还要多 2024 年 2 月 14 日发表在自然杂志上的一篇新论文介绍了 ZF-UDS-7329 星系，这是一个非常古老的星系，从宇宙学红移角度来说，这个星系大约为 8 亿岁，也就是在宇宙大爆炸后的 8 亿年内形成。然而该星系包含的恒星数量甚至比银河系还要多，目前银河系的恒星数量大约是在 2000 亿～4000 亿颗之间，不过银河系的年龄已经有 136 亿岁，也就是从宇宙大爆炸之后的 2 亿年开始形成，花费了几十亿年吞并附近的星系才有今天的规模。ZF-UDS-7329 星系意味着从某种程度上说，在诞生时没有暗物质的帮助就形成了 (注：暗物质在大尺度上帮助物质聚集)，这与当前星系形成的标准模型相反。论文合著者、国际射电天文学研究中心天文学副教授克劳迪娅拉戈斯：这些极其巨大的星系出现在宇宙早期，对我们的标准宇宙学模型构成了重大挑战。这是因为巨大的暗物质结构被认为是将早期星系聚集在一起的必要组成部分，但在宇宙早期暗物质还没有时间形成。论文合著者、澳大利亚斯威本理工大学的天文学教授 Themiya Nanayakkara：这突破了我们目前对星系形成和演化的理解极限，现在的关键问题是这些古老星系是如何在宇宙早期形成的如此快，以及当宇宙的其他部分正在推动星系形成的时候，是什么神秘的机制导致突然形成大量的恒星。对研究人员来说，现有理论被质疑或者推翻都不是大问题，毕竟科学的进步就是在前人基础上不断研究，不断发现新证据、不断完成理论亦或者推翻就理论形成新理论。 ... PC版： 手机版：

研究人员在类星体宿主星系中发现了恒星形成受抑制的证据

研究人员在类星体宿主星系中发现了恒星形成受抑制的证据 类星体研究取得突破由北海道大学的德拉甘-萨拉克（Dragan Salak）助理教授、筑波大学的桥本拓也（Takuya Hashimoto）助理教授和早稻田大学的井上明夫（Akio Inoue）教授领导的研究小组首次发现了宇宙早期类星体宿主星系中的分子气体外流抑制恒星形成的证据。他们利用智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）进行的观测结果发表在《天体物理学报》上。从类星体 J2054-0005 喷出的分子气体的艺术印象。资料来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)分子气体在星系中的作用分子气体对恒星的形成至关重要。作为恒星形成的主要燃料，星系内无处不在的高浓度分子气体会导致大量恒星的形成。分子外流将这些气体喷射到星系际空间的速度快于恒星形成所消耗的速度，从而有效地抑制了类星体所在星系中恒星的形成。萨拉克解释说："理论研究表明，分子气体外流从早期就在星系的形成和演化过程中发挥着重要作用，因为它们可以调节恒星的形成。类星体是能量特别高的来源，因此我们预计它们可能会产生强大的外流"。一组正在观测夜空的 ALMA 12 米天线。本研究使用 12 米天线进行观测。资料来源：ESO/Y.Beletsky发现分子气体外流研究人员观测到的类星体 J2054-0005 具有非常高的红移它和地球之间的移动速度显然非常快。桥本说："J2054-0005 是遥远宇宙中最亮的类星体之一，因此我们决定把这个天体作为研究强大外流的绝佳候选天体。研究人员利用 ALMA 观测了类星体的分子气体外流。作为世界上唯一具有探测早期宇宙中分子气体外流的灵敏度和频率覆盖范围的望远镜，ALMA 是这项研究的关键。"谈到研究中使用的方法，Salak 评论道："外流分子（OH）气体是通过吸收发现的。这意味着我们观测到的微波辐射并非直接来自OH分子；相反，我们观测到的辐射来自明亮的类星体吸收意味着OH分子恰好吸收了类星体的部分辐射。因此，这就像是通过看到气体在光源前投下的'影子'来揭示气体的存在"。类星体流出的分子气体包括羟基（OH）（上图）。由于分子气体向观测者方向运动，吸收光谱中的羟基峰（底部，蓝色虚线）出现在较短的波长上（蓝色实线），这种现象被称为多普勒效应。资料来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），修改自 Dragan Salak 等人，《天体物理学杂志》。2024 年 2 月 1 日对星系演化的影响这项研究的发现首次有力地证明了类星体宿主星系存在强大的分子气体外流，并对早期宇宙时代的星系演化产生影响。"分子气体是星系的重要组成部分，因为它是恒星形成的燃料，"Salak 总结道。"我们的研究结果表明，类星体能够通过将分子气体喷射到星系际空间来抑制其宿主星系中恒星的形成。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

ALMA对NGC 253的观测揭示了星爆星系的分子多样性和恒星形成演化过程

ALMA对NGC 253的观测揭示了星爆星系的分子多样性和恒星形成演化过程 由欧洲南方天文台/ALMA 联合天文台的塞尔吉奥-马丁（Sergio Martin）、日本国家天文台的原田七濑（Nanase Harada）和美国国家射电天文台的杰夫-曼格姆（Jeff Mangum）领导的研究小组利用 ALMA（阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列）观测了一个名为 NGC 253 的星系的中心。NGC 253位于雕刻星系方向大约1000万光年之外。NGC 253是星爆星系的一个例子，在这个星系中，许多新恒星正在迅速形成。导致星爆发生的因素至今仍不十分清楚。不同颜色代表分子气体（蓝色）、休克区（红色）、相对高密度区（橙色）、年轻星爆（黄色）、成熟星爆（洋红色）以及受宇宙射线电离影响的分子气体（青色）的分布。资料来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Harada et al.恒星的诞生、演化和死亡会改变周围气体的分子组成。ALMA 的高灵敏度和高分辨率使天文学家能够确定表明恒星生命周期各个阶段的分子位置。这项名为ALCHEMI（ALMA全面高分辨率河外星系分子清单）的观测发现，高密度分子气体很可能正在促进这个星系中恒星的形成。NGC 253中心的高密度气体数量比银河系中心的高出10倍以上，这可以解释为什么NGC 253形成恒星的效率要高出30倍左右。ALCHEMI 勘测还提供了一个包含 44 种分子的图集，比之前在银河系外的研究中提供的数量翻了一番。通过对该图集应用机器学习技术，研究人员能够确定哪些分子是追溯恒星形成过程从开始到结束的最佳路标。这些知识将有助于规划未来的ALMA观测。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家发现位于银河系中心区域的三颗恒星异常年轻

天文学家发现位于银河系中心区域的三颗恒星异常年轻 这张照片是用欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜拍摄的，显示了银河系最内层的高分辨率景象。在新的研究中，研究人员对此处显示的密集核星团进行了详细的研究。图片来源：ESO这项研究发表在《天体物理学杂志通讯》上，研究对象是位于构成银河系中心的核星团中的一组恒星。研究涉及三颗难以研究的恒星，因为它们距离太阳系非常遥远，隐藏在巨大的尘埃和气体云后面，遮挡了光线。事实上，该区域还布满了恒星，这使得分辨单个恒星变得非常复杂。在之前的一项研究中，研究人员提出了一个假设，即银河系中部的这些特定恒星可能异常年轻。验证银河系核心的年轻恒星"我们现在可以证实这一点。在我们的研究中，我们已经能够确定其中三颗恒星相对年轻，至少在天文学家看来是如此，年龄在 1 亿年到 10 亿年左右。"隆德大学天文学研究员丽贝卡-福斯伯格说："这可以与太阳相比，太阳的年龄为 46 亿年。"核星团一直被视为银河系中非常古老的部分，这一点非常正确。但研究人员新发现的这些年轻恒星表明，在银河系这个古老的组成部分中，恒星的形成也非常活跃。然而，对距离地球 2.5 万光年的恒星进行测年并不是一件急于求成的事情。研究人员使用了来自夏威夷凯克 II 望远镜的高分辨率数据，该望远镜是世界上最大的望远镜之一，镜面直径达 10 米。为了进一步验证，他们还测量了恒星中铁这种重元素的含量。这种元素对于追踪银河系的发展非常重要，因为天文学家关于恒星形成和星系发展的理论表明，年轻的恒星含有更多的重元素，因为随着时间的推移，重元素在宇宙中形成的程度越来越高。为了确定铁的含量，天文学家用红外光观测了恒星的光谱，与光学光相比，红外光的光谱部分更容易透过银河系尘埃密集的部分。结果显示，铁的含量差异很大，这让研究人员感到惊讶。了解银河系和宇宙的意义"铁含量的分布非常广泛，这可能表明银河系的最内层是非常不均匀的，也就是不混合的。"隆德大学天文学研究员布莱恩-托尔斯布罗（Brian Thorsbro）说："这是我们始料未及的，它不仅说明了银河系中心的面貌，也说明了早期宇宙的面貌。"这项研究为我们了解早期宇宙和银河系中心的运作提供了重要启示。研究结果还可能有助于启发我们今后继续探索银河系的中心，以及进一步开发星系和恒星形成的模型和模拟。"我个人认为，我们现在可以如此详细地研究银河系的最中心，这是非常令人兴奋的。对于我们所在的银河系圆盘的观测来说，这些类型的测量已经成为标准，但对于银河系中更遥远、更奇特的部分来说，却是遥不可及的目标。"Rebecca Forsberg总结说："我们可以从这些研究中了解到很多关于我们的银河系是如何形成和发展的信息。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论

最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论 在过去的一年半里，詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄到了宇宙大爆炸后不久形成的遥远星系的惊人图像，让科学家们第一次看到了宇宙的雏形。现在，一组天体物理学家提高了要求：找到时间起点附近最微小、最明亮的星系，否则科学家们将不得不彻底重新思考他们关于暗物质的理论。由加州大学洛杉矶分校天体物理学家领导的研究小组进行了模拟，追踪了宇宙大爆炸后小星系的形成过程，并首次将以前被忽视的气体与暗物质之间的相互作用纳入其中。他们发现，在不考虑这些相互作用的典型模拟中，所形成的星系非常微小、明亮得多，而且形成速度更快，反而显示出更暗的星系。矮星系在宇宙研究中的重要性小星系，也叫矮星系，遍布整个宇宙，通常被认为是最早的星系类型。因此，研究宇宙起源的科学家对小星系特别感兴趣。但是，他们发现的小星系并不总是和他们认为应该发现的星系一致。那些最靠近银河系的星系旋转得更快，或者密度没有模拟的那么高，这表明模型可能遗漏了一些东西，比如这些气体-暗物质的相互作用。发表在 《天体物理学杂志通讯》上的这项新研究通过加入暗物质与气体的相互作用改进了模拟，并发现这些暗星系在宇宙历史的早期可能比预期的要亮得多，当时它们刚刚开始形成。作者建议科学家利用韦伯望远镜等天文望远镜寻找比预期亮得多的小星系。如果他们只找到微弱的星系，那么他们关于暗物质的一些想法可能就是错误的。斯蒂芬五重奏（Stephan's Quintet）是由五个星系组成的视觉组合，由詹姆斯-韦伯太空望远镜提供的近千个独立图像文件合成。加州大学洛杉矶分校的天体物理学家认为，如果冷暗物质理论是正确的，韦伯望远镜应该能发现宇宙早期微小而明亮的星系。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI难以捉摸的暗物质本质暗物质是一种不与电磁或光相互作用的假想物质。因此，它无法用光学、电学或磁学进行观测。但暗物质确实与引力相互作用，人们从暗物质对普通物质构成所有可观测宇宙的物质的引力效应中推断出暗物质的存在。尽管宇宙中 84% 的物质被认为是由暗物质构成的，但它从未被直接探测到过。所有星系都被一圈巨大的暗物质光环所包围，科学家们认为暗物质对星系的形成至关重要。天体物理学家用来理解星系形成的"标准宇宙学模型"描述了宇宙早期的暗物质团块如何通过引力吸引普通物质，导致恒星的形成，并创造出我们今天看到的星系。由于大多数暗物质粒子（被称为冷暗物质）的运动速度被认为比光速慢得多，因此这一积累过程是逐渐发生的。了解星系形成的理论进展但是在130多亿年前，也就是第一批星系形成之前，由来自宇宙大爆炸的氢气和氦气组成的普通物质和暗物质在相对运动。气体以超音速流过移动速度较慢的暗物质的密集区，这些暗物质本应该把气体拉进来形成星系。"事实上，在不考虑流的模型中，这正是发生的情况，"加州大学洛杉矶分校博士生、论文第一作者克莱尔-威廉姆斯说。"气体被暗物质的引力吸引，形成密度大到可以发生氢聚变的团块和结块，从而形成像我们太阳这样的恒星。"但威廉姆斯和"超音速项目"团队的合著者（由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授斯马达尔-纳奥兹领导的一组来自美国、意大利和日本的天体物理学家组成）发现，如果他们在模拟中加入暗物质和普通物质之间不同速度的流效应，气体就会落在远离暗物质的地方，无法立即形成恒星。数百万年后，当积累的气体落回星系时，恒星的形成就会同时爆发。由于这些星系在一段时间内比普通的小星系拥有更多年轻、炽热、发光的恒星，因此它们要亮得多。威廉姆斯说："虽然流星抑制了最小星系中恒星的形成，但它也促进了矮星系中恒星的形成，使它们比宇宙中没有流星的区域更加明亮。我们预测，韦伯望远镜将能够发现宇宙中因这种速度而变得更加明亮的星系区域。事实上，它们应该如此明亮，这可能会让望远镜更容易发现这些小星系，而这些星系通常在宇宙大爆炸后 3.75 亿年才极难被发现。"由于暗物质是无法直接研究的，因此在早期宇宙中寻找明亮的星系斑块可以为暗物质理论提供有效的检验，而这种检验迄今为止还没有结果。"在早期宇宙中发现成片的小而明亮的星系将证实我们的冷暗物质模型是正确的，因为只有两种物质之间的速度才能产生我们正在寻找的星系类型，"霍华德和阿斯特里德-普雷斯顿天体物理学教授诺兹说。"如果暗物质的行为不像标准的冷暗物质，不存在流效应，那么这些明亮的矮星系就不会被发现，我们就需要回到绘图板上去。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：