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“青少年星系”異常熾熱，閃耀著意想不到的元素

星系


“青少年星系”異常熾熱，閃耀著意想不到的元素


來自23個遙遠星系的光，在哈勃太空望遠鏡圖像的頂部用紅色矩形標識，被組合起來捕捉來自8種不同元素的難以置信的微弱發射，這在底部的JWST光譜中被標記 。雖然科學家經常在地球上發現這些元素，但天文學家很少在遙遠的星系中觀察到它們 。鳴謝:艾倫·m·蓋勒，西北大學 ， CIERA + IT-RCDS
據西北大學：與人類青少年相似，青少年星系也很笨拙，經歷著快速增長，喜歡重金屬——鎳 。
西北大學領導的一個天體物理學家小組分析了CECILIA(星際極光中使用電離線約束的化學演化)調查的第一批結果，該計劃使用美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)研究遙遠星系的化學 。
根據早期的結果，所謂的“青少年星系”——在大爆炸后20至30億年形成——異常炎熱，包含意想不到的元素，如鎳，這是眾所周知的難以觀察到的 。
這項名為“CECILIA:z ~ 2-3恒星形成星系的微弱發射線光譜”的研究發表在11月20日的《天體物理學雜志快報》上 。這是塞西莉亞調查的一系列研究中的第一個 。
“我們試圖了解星系在140億年的宇宙歷史中是如何成長和變化的，”領導這項研究的西北大學的艾利森·斯特羅姆說 。“利用JWST，我們的項目以青少年星系為目標，當時他們正經歷著增長和變化的混亂時期 。青少年通常有一些經歷 ， 這些經歷決定了他們進入成年的軌跡 。對于星系來說，也是一樣的 ?！?br>作為塞西莉亞調查的主要調查者之一，斯特羅姆是西北大學溫伯格文理學院物理學和天文學助理教授，也是西北大學天體物理學跨學科探索和研究中心(CIERA)的成員 。斯特羅姆和卡內基天文臺的科學家格溫·魯迪共同領導塞西莉亞調查 。
“化學DNA”揭示了星系的形成
塞西莉亞天文臺以第一位獲得天文學博士學位的女性之一塞西莉亞·佩恩·加波施金的名字命名，觀測來自遙遠星系的光譜(或不同波長的光量) 。斯特羅姆把星系的光譜比作它的“化學DNA” 。通過在星系的“青少年”時期檢查這些DNA，研究人員可以更好地了解它是如何成長的，以及它將如何演變成一個更成熟的星系 。
例如 ， 天體物理學家仍然不明白為什么一些星系會出現“紅色和死亡”，而其他星系，如我們的銀河系，仍然在形成恒星 。星系的光譜可以揭示其關鍵元素，如氧和硫 ， 這為了解星系以前的行為和未來的行為提供了一個窗口 。
“這些青少年時期真的很重要，因為這是成長最多的時候，”斯特羅姆說 ?！巴ㄟ^研究這一點，我們可以開始探索導致銀河系看起來像銀河系的物理學——以及為什么它可能看起來與鄰近的星系不同 ?！?br>在這項新的研究中，斯特羅姆和她的合作者在去年夏天使用JWST連續30個小時觀察了33個遙遠的青少年星系 。然后，他們將其中23個星系的光譜結合起來，構建了一幅合成圖 。
“這洗掉了單個星系的細節，但讓我們對一個普通星系有了更好的了解 。它還能讓我們看到更模糊的特征 ， ”斯特羅姆說 。“這比我們用地面望遠鏡從宇宙歷史的這個時期收集的任何光譜都要深刻和詳細得多 ?！?br>光譜驚喜
超深光譜揭示了八種不同的元素:氫、氦、氮、氧、硅、硫、氬和鎳 。所有比氫和氦重的元素都在恒星內部形成 。因此，某些元素的存在提供了星系演化過程中恒星形成的信息 。
雖然斯特羅姆預計會看到更輕的元素，但她對鎳的存在感到特別驚訝 。鎳比鐵重，非常稀有，難以觀察 。
“我做夢也沒想到我們會看到鎳，”斯特羅姆說 ?！凹词乖诟浇男窍担藗円膊粫^察到這一點 。一個星系中必須有足夠多的元素和合適的條件來觀察它 。沒人說過要觀察鎳 。元素必須在氣體中發光，我們才能看到它們 。因此，為了讓我們看到鎳，星系中的恒星可能有一些獨特的東西 ?！?br>另一個驚喜是:青少年星系非常熱 。通過檢查光譜，物理學家可以計算出星系的溫度 。雖然最熱的星系袋可以達到9700攝氏度(17492華氏度) ， 但青少年星系的溫度高于13350攝氏度(24062華氏度) 。
“這只是星系在年輕時有多么不同的額外證據，”斯特羅姆說 ?！白罱K，我們看到更高特征溫度的事實只是它們不同化學DNA的另一種表現，因為星系中氣體的溫度和化學性質有著內在的聯系 ?！?br>研究數據來自空間望遠鏡科學研究所的米庫爾斯基空間望遠鏡檔案館和W.M .凱克天文臺 。