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：

韦伯望远镜探测到迄今发现最远的活跃超大质量黑洞

韦伯望远镜探测到迄今发现最远的活跃超大质量黑洞 科学家们利用韦伯望远镜对GN-z11进行研究，还发现了一些诱人的证据，证明在这个偏远星系的外围存在着群体III恒星。这些难以捉摸的恒星是宇宙中第一批发光的恒星，纯粹由氢和氦组成。虽然从未对这类恒星进行过明确的探测，但科学家们知道它们一定存在。现在，有了韦伯望远镜，发现它们似乎比以往任何时候都更接近了。这幅由韦伯的近红外相机（NIRCam）仪器拍摄的图像显示了 GOODS-North 星系场的一部分。右下方的拉线突出显示了GN-z11星系，它出现的时间距离宇宙大爆炸刚刚过去4.3亿年。图像显示了一个延伸部分，追踪着 GN-z11 宿主星系，以及一个中心源，其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大学圣克鲁兹分校）、Ben Johnson（剑桥大学天文学院）、Sandro Tacchella（剑桥大学）、Marcia Rieke（亚利桑那大学）、Daniel Eisenstein（剑桥大学天文学院）美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）的两个研究小组深入时空，研究了异常明亮的星系 GN-z11。这个星系最初是由美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜探测到的，它是迄今为止观测到的最年轻、最遥远的星系之一，它是如此明亮，以至于科学家们都很难理解其中的原因。现在，GN-z11 透露了它的一些秘密。一个利用韦伯望远镜研究 GN-z11 的小组发现了第一个明确的证据，证明该星系的中央有一个超大质量黑洞，正在快速吸积物质。他们的发现使这个星系成为迄今为止发现的最远的活跃超大质量黑洞。英国剑桥大学卡文迪什实验室和卡弗里宇宙学研究所的首席研究员罗伯托-马约利诺解释说："我们发现了超大质量黑洞附近常见的极致密气体。这些是GN-z11所在的黑洞正在吞噬物质的第一个明确信号。"利用韦伯望远镜，研究小组还发现了通常在吸积型超大质量黑洞附近观测到的电离化学元素的迹象。此外，他们还发现该星系正在释放出一股非常强大的风。这种高速风通常是由与剧烈吸积的超大质量黑洞相关的过程驱动的。同样来自卡文迪什实验室和卡弗里研究所的研究人员汉娜-于布勒（Hannah Übler）说："韦伯的近红外相机（NIRCam）发现了一个延伸部分，它追踪着宿主星系，以及一个中央紧凑源，其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致。"这些证据共同表明，GN-z11 内有一个 200 万太阳质量的超大质量黑洞，它正处于吞噬物质的非常活跃阶段，这也是它如此明亮的原因。第二个小组也是由马约利诺领导的，他们利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec），在围绕着GN-z11的光环中发现了一个气态氦团。马约利诺说："除了氦之外，我们看不到其他任何东西，这表明这个团块一定是相当原始的。这是理论和模拟在这些时代特别大质量星系附近所预料到的在光晕中应该有原始气体的小块存留，这些气体可能会坍缩并形成群体III星团。"寻找前所未见的第三族群恒星几乎完全由氢和氦形成的第一代恒星是现代天体物理学最重要的目标之一。这些恒星预计质量很大、光度很强、温度很高。它们的预期特征是存在电离氦，而不存在比氦重的化学元素。第一批恒星和星系的形成标志着宇宙历史的根本性转变，在此期间，宇宙从黑暗和相对简单的状态演变成我们今天看到的高度结构化和复杂的环境。在未来的韦伯观测中，Maiolino、Übler 和他们的团队将对 GN-z11 进行更深入的探索，并希望加强对可能正在其光环中形成的 Population III 恒星的研究。《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）已接受发表关于GN-z11光环中原始气体团块的研究成果。对GN-z11黑洞的研究结果于2024年1月17日发表在《自然》杂志上。这些数据是作为JWST高级深河外星系巡天（JADES）的一部分获得的，JADES是NIRCam和NIRSpec团队的一个联合项目。詹姆斯-韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学观测站。韦伯正在揭开太阳系的神秘面纱，眺望其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯望远镜是一项国际计划，由美国国家航空航天局（NASA）领导，其合作伙伴包括欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

从宇宙斑点到巨大星系：韦伯揭示早期宇宙的巨型星系Gz9p3

从宇宙斑点到巨大星系：韦伯揭示早期宇宙的巨型星系Gz9p3 然而，我们观测到的星系肯定不是稚嫩的，新的观测结果表明，在如此早期，星系的质量和成熟度都超过了以前的预期，这有助于改写我们对星系形成和演化的认识。我们的国际研究小组最近对已知最早的星系之一Gz9p3进行了前所未有的详细观测，观测结果发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上。它的名字来源于格拉斯合作（我们国际研究团队的名称）和星系的红移z=9.3这一事实，红移是描述天体距离的一种方法，因此有了G和z9p3。Gz9p3，宇宙最初 5 亿年中已知最亮的合并星系（通过 JWST 观测） 左图：直接成像显示中央区域有一个双核核心。右图光剖面的等高线显示出星系合并产生的拉长的团块结构。资料来源：美国国家航空航天局就在几年前，Gz9p3 还只是哈勃太空望远镜中的一个光点。但通过詹姆斯-韦伯太空望远镜，我们可以观测到这个天体在宇宙大爆炸后 5.1 亿年，也就是大约 130 亿年前的样子。对于这样一个年轻的宇宙来说，Gz9p3 的质量和成熟度都远超预期，它已经包含了几十亿颗恒星。它是迄今为止确认的质量最大的天体，根据计算，它的质量是宇宙早期发现的其他星系的 10 倍。这些结果表明，银河系要达到这样的大小，恒星的发展速度和效率一定比我们最初想象的要快得多。早期宇宙中最遥远的星系合并这个 Gz9p3 不仅质量巨大，而且其复杂的形状一眼就能看出它是有史以来最早的星系合并之一。JWST 对这个星系的成像显示了两个相互作用星系的典型形态。合并还没有结束，因为我们仍然可以看到两个组成部分。当两个大质量天体像这样合并时，它们会在合并过程中有效地丢弃一些物质。因此，这些被丢弃的物质表明，我们观测到的是有史以来最遥远的一次合并。随后，研究人员将目光投向更深层次，以描述构成合并星系的恒星群。利用 JWST，我们能够检查星系的光谱，就像三棱镜把白光分成彩虹一样，我们也能把光分成不同的部分。如果仅使用成像技术，对这些非常遥远天体的大多数研究只能显示出非常年轻的恒星，因为年轻的恒星更亮，所以它们的光会主导成像数据。例如，由星系合并引发的一个不到几百万年历史的年轻明亮群体，比一个已经超过一亿年历史的古老群体更加耀眼。利用光谱技术，我们可以进行非常详细的观测，从而区分出这两个种群。早期宇宙的新模型考虑到恒星形成的时间较早，到这一宇宙时期已经足够老化，如此成熟的老恒星群是我们始料未及的。光谱非常细致，我们可以看到老恒星的细微特征，这些特征告诉我们，它们比你想象的要多得多。光谱中检测到的特定元素（包括硅、碳和铁）显示，这个较老的族群的存在一定是为了给星系提供丰富的化学物质。令人惊讶的不仅是星系的大小，还有它们成长到如此成熟的化学状态的速度。这些观测结果提供的证据表明，在宇宙大爆炸之后，恒星和金属迅速而有效地积累起来，并与正在进行的星系合并联系在一起，这表明拥有几十亿颗恒星的大质量星系比预期的更早存在。观测结果提供了证据，证明恒星和金属在宇宙大爆炸之后迅速、高效地积累起来。资料来源：NASA、ESA、Jennifer Lotz（STSCI）、Matt Mountain（STSCI）、Anton M. Koekemoer（STSCI）、HFF 小组（STSCI）孤立星系从其有限的气体库中就地积累恒星群，然而，这种增长方式对星系来说是缓慢的。星系之间的相互作用可以吸引新的原始气体流入，为恒星的快速形成提供燃料，而星系的合并则为质量的积累和增长提供了更快的通道。现代宇宙中最大的星系都有过合并的历史，包括我们的银河系，它是通过与较小星系的连续合并才发展到现在的大小的。对Gz9p3的这些观测结果表明，星系能够在早期宇宙中通过合并迅速积累质量，恒星形成效率比我们预期的要高。利用 JWST 进行的这一观测和其他观测正在促使天体物理学家调整他们对宇宙早期的建模。我们的宇宙学不一定是错的，但我们对星系形成速度的理解可能是错的，因为它们的质量比我们认为的可能还要大。在利用 JWST 进行科学观测的两年期即将到来之际，这些新成果可谓恰逢其时。随着观测到的星系总数不断增加，研究早期宇宙的天文学家们正从发现阶段过渡到我们拥有足够大的样本来开始建立和完善新模型的阶段。现在是了解早期宇宙奥秘的最激动人心的时刻。编译自:ScitechDaily ... 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：

极速宇宙风：最新天文研究解释黑洞如何推动星系演化

极速宇宙风：最新天文研究解释黑洞如何推动星系演化 类星体风（浅蓝色）从超大质量黑洞周围的吸积盘（橘红色）上发射出来的艺术家印象图。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss, Catherine Grier and the SDSS collaboration宇宙动力学：星系中的气体加速一个遥远星系中的气体云正被星系中心的超大质量黑洞发出的爆炸性辐射以每秒超过10000英里的速度越来越快地推向邻近的恒星。这一发现有助于阐明活动黑洞是如何通过刺激或扼杀新恒星的发展来不断塑造星系的。威斯康星大学麦迪逊分校天文学教授凯瑟琳-格里尔（Catherine Grier）和应届毕业生罗伯特-惠特利（Robert Wheatley）领导的研究小组利用多年来从类星体（一种特别明亮和湍流的黑洞，位于数十亿光年外的宝瓶座）收集的数据揭示了这种加速气体。他们在麦迪逊举行的美国天文学会第244次会议上展示了他们的发现。科学家认为黑洞位于大多数星系的中心。类星体是一种超大质量黑洞，周围环绕着被黑洞巨大引力拉入的物质盘。类星体风（浅蓝色）从超大质量黑洞周围的吸积盘（橘红色）上发射出来的图像。右侧插图是来自类星体 SBS 1408+544 的两个光谱，显示了吸收光的左移，揭示了类星体风推动气体加速的过程。资料来源：NASA/CXC/M.Weiss, Catherine Grier and the SDSS collaboration类星体照明机制"圆盘中的物质一直在向黑洞坠落，这种拉扯的摩擦力会加热圆盘，使它变得非常非常热，非常非常亮，"格里尔说。"这些类星体真的很亮，由于从圆盘内部到远处的温度范围很大，它们的辐射几乎覆盖了所有的电磁波谱"。明亮的光线使类星体几乎和宇宙一样古老（多达 130 亿光年之远），其辐射范围之广使其对天文学家探测早期宇宙特别有用。类星体 SBS 1408+544 的图像，十字准线中心的蓝点。图片来源：Jordan Raddick 和 SDSS 合作小组黑洞风的观测启示研究人员利用斯隆数字巡天计划（Sloan Digital Sky Survey）现在称为"黑洞映射器混响绘图项目"（Black Hole Mapper Reverberation Mapping Project）的一项计划收集到的八年多来对一颗名为 SBS 1408+544 的类星体的观测数据进行了研究。他们通过发现类星体中消失的光被气体吸收的光来追踪由气态碳组成的风。但是，SBS 1408+544 的光影并没有在光谱中表示碳的正确位置被吸收，而是随着每一次对 SBS 1408+544 的观察，光影都会偏离原点更远。惠特利说："这种变化告诉我们，气体正在快速移动，而且速度一直在加快。风在加速，因为它受到从吸积盘上喷出的辐射的推动。"包括格里尔在内的科学家曾表示，他们以前观测到过来自黑洞吸积盘的加速风，但这一说法尚未得到更多观测数据的支持。新的结果来自近十年来对SBS 1408+544进行的约130次观测，这使得研究小组能够以极高的置信度确定速度的增加。黑洞风对银河系演化的影响天文学家对从类星体中挤出气体的风很感兴趣，因为这可能是超大质量黑洞影响其周围星系演化的一种方式。惠特利说："如果它们的能量足够大，风可能会一直吹到宿主星系，在那里它们可能会产生重大影响。"根据不同的情况，类星体的风可以提供压力，将气体挤压在一起，加速宿主星系中恒星的诞生。或者，它可能会冲走这些燃料，阻止潜在恒星的形成。"超大质量黑洞很大，但与它们所在的星系相比真的很小，"格里尔说，他的工作得到了美国国家科学基金会的支持。"但这并不意味着它们不能相互'对话'，这是一个黑洞与另一个黑洞对话的一种方式，我们在模拟这类黑洞的影响时必须考虑到这一点"。关于 SBS 1408+544 的研究报告于 6 月 11 日发表在《天体物理学报》上。 ... PC版： 手机版：

天文学家发现已知质量最大的黑洞

天文学家发现已知质量最大的黑洞 天文学家发现了可能是已知质量最大的黑洞，其质量大约为太阳质量的 300 亿倍。研究报告发表在《皇家天文学会月刊》（Royal Astronomical Society，简称RAS）期刊上。天文学家是利用引力透镜和超级计算机模拟发现这个巨无霸黑洞的。该黑洞位于星系团 Abell 1201 中的一个星系，虽然巨大无比但并不活跃，也就是它没有吞噬太多周围的物质而释放出巨大的能量。论文主要作者 James Nightingale 博士称，此前发现的绝大多数超大质量黑洞都处于活跃状态，引力透镜让研究此类不活跃巨型黑洞成为可能。 来源 ， ， 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot