宇宙黎明期间星系的亮度之谜恒星形成爆发使低质量星系闪耀

发布时间：2023-10-12 10:02:04 所属栏目：外闻来源：网络

导读： 　　科学家使用第一个一批由詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 所拍摄的最早星系图像来观察宇宙，他们突然被震住了，一度以为图片出现了错误，因为这些年轻的星系看起来太亮、太庞大、太

　　科学家使用第一个一批由詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 所拍摄的最早星系图像来观察宇宙，他们突然被震住了，一度以为图片出现了错误，因为这些年轻的星系看起来太亮、太庞大、太成熟了，以至于很难相信它们是在大爆炸后不久就形成了。这就好像一个婴儿在短短几年内就长成了一个成年人。这一惊人的发现甚至让一些物理学家怀疑了宇宙学的标准模型，想知道它是否应该被推翻。

　　一个由西北大学领导的天体物理学家团队使用了新的模拟，现在发现了这些星系可能并不像看起来那么庞大。虽然一个星系的亮度通常由其质量决定，但新的发现表明，质量较小的星系也可以因为不规则、辉煌的恒星形成爆发而发出同样明亮的光芒。

　　这一发现不仅解释了为什么年轻的星系看起来有欺骗性地庞大，而且也符合宇宙学的标准模型。

　　“这些星系的发现是一个巨大的惊喜，因为它们比预期的要亮得多，”西北大学的 Claude-Andre Faucher-Giguere 教授说，他是这项研究的高级作者。“通常情况下，一个星系之所以亮，是因为它很大。但是由于这些星系是在宇宙黎明时期形成的，自从大爆炸以来还没有过去足够长的时间。这些庞大的星系是如何在如此短的时间内组装起来的呢？我们的模拟显示，星系在宇宙黎明时期没有问题地形成这种亮度。”

　　从大爆炸后约 1 亿年到 10 亿年之间的时期被称为宇宙黎明时期，它以宇宙中第一批恒星和星系的形成为特征。在 JWST 发射升空之前，天文学家对这个古老时期知之甚少。

　　“JWST 为我们揭示了很多关于宇宙黎明时期的知识，”Sun 说。“在 JWST 发射之前，我们对早期宇宙的了解大多是基于很少的数据进行的推测。随着观测能力的大幅提升，我们可以看到星系的物理细节，并利用这些可靠的观测证据来研究物理学，以理解发生了什么。”

　　在这项新研究中，Sun、Faucher-Giguere 和他们的团队使用了先进的计算机模拟来模拟大爆炸后星系的形成过程。模拟产生了与 JWST 观测到的一样亮的宇宙黎明时期的星系。这些模拟是相对论环境反馈（FIRE）项目的一部分，该项目由 Faucher-Giguere 与加州理工学院、普林斯顿大学和加州大学圣地亚哥分校的合作者共同创立。这项新研究还包括来自 Flatiron 研究所计算天体物理学中心、麻省理工学院和加州大学戴维斯分校的合作者。

　　当Sun、Faucher-Giguere 和他们的团队开发出运行一种模拟方法来计算机化模拟在宇宙黎明时期形成的最初的早期星系时，他们发现恒星是以爆发的方式形成的——这是一种被称为“爆发性恒星形成”的概念。在像银河系这样的庞大星系中，恒星以稳定的速率形成，随着时间的推移，恒星的数量逐渐增加。但所谓的爆发性恒星形成是指恒星以一种交替的模式形成——一次形成很多恒星，然后几百万年内几乎没有新恒星形成，然后又形成很多恒星。

　　“爆发性恒星形成在低质量星系中尤其常见，”Faucher-Giguere 说。“为什么会发生这种情况，目前还是正在进行中的研究课题。但我们认为发生的情况是，一批恒星形成后，几百万年后，这些恒星就会以超新星爆发而结束。气体被喷出去，然后又掉回来形成新的恒星，从而驱动恒星形成周期。但当星系变得足够庞大时，它们就有了更强大的引力。当超新星爆发时，它们不足以将气体从系统中喷出去。引力将星系聚集在一起，并使其进入稳定状态。”

　　模拟还能够产生与 JWST 揭示的一样数量的亮星系。换句话说，模拟预测的亮星系数量与观测到的亮星系数量相匹配。

　　虽然其他天体物理学家也曾假设爆发性恒星形成可能是造成宇宙黎明时期星系异常亮度的原因，但西北大学的研究人员是第一批使用详细的计算机模拟来证明这是可能的。而且他们能够做到这一点，而不需要增加与我们的宇宙标准模型不一致的新因素。研究人员说，这项工作的结果表明，我们的宇宙可能是一个奇怪的混合体，并且在某些方面与银河系相似。

（编辑：上海站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!