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天文學家用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現新生星系

太空


天文學家用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現新生星系


詹姆斯·韋伯太空望遠鏡穿越時間 。前景中的大星系被命名為LEDA 2046648，在10億年前被觀測到，而大多數其他星系位于更遠的地方，因此被觀測到的時間更久遠 。鳴謝:歐空局/韋伯、美國航天局和加空局、A. Martel
據尼爾斯·波爾研究所：隨著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發射，天文學家現在能夠追溯到很久以前，我們正在接近我們認為第一個星系誕生的時代 ?？v觀宇宙的大部分歷史，星系似乎傾向于遵循它們形成的恒星數量和它們形成的重元素數量之間的緊密關系 。
但是，我們現在第一次看到這樣的跡象 ， 即恒星和元素數量之間的這種關系不適用于最早的星系 。原因很可能是這些星系只是處于被創造的過程中，還沒有時間去創造重元素 。
宇宙中充滿了星系——恒星和氣體的巨大集合體——當我們凝視宇宙深處時，我們看到它們或近或遠 。因為光到達我們這里花費了更多的時間，一個星系離我們越遠，我們本質上是通過時間來回顧，這讓我們能夠構建一個關于它們在整個宇宙歷史中演化的視覺敘事 。
觀察向我們表明，在過去的120億年中，也就是宇宙年齡的5/6 ， 星系一直以一種平衡的形式生活:一方面，它們形成了多少顆恒星，另一方面 ， 它們形成了多少重元素，這兩者之間似乎存在著一種基本的緊密聯系 。在本文中，“重元素”是指比氫和氦重的任何東西 。
這個關系是有意義的 ， 因為宇宙最初只由這兩種最輕的元素組成 。所有較重的元素，如碳、氧和鐵，都是后來由恒星產生的 。

天文學家用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現新生星系


CEERS-z7382的成像和光譜數據 。以示例星系為中心的假彩色JWST/NIRCam紅綠藍圖像(藍色:F150W，1.5微米；綠色:F277W，2.8微米；紅色:F444W，4.4微米) 。標記z = 7.8328處的圖像比例和相應的物理尺寸 。b、覆蓋0.7微米至5.2微米(青色)的完整NIRSpec棱鏡光譜和相關的1σ誤差光譜(灰色) 。c，光譜區的細節 ， 包括來自[O III] λλ4960，5008雙峰和Hβ的星云發射線 。黑色曲線表示局部最佳擬合線和連續體模型 。學分:自然天文學(2023) 。DOI: 10.1038/s41550-023-02078-7
詹姆斯·韋伯凝視更深
因此 ， 最初的星系應該沒有被重元素“污染” 。但是直到最近，我們還不能追溯到那么久以前 。除了距離遠之外，原因還在于光在太空中傳播的時間越長，就變得越紅 。對于最遙遠的星系，你必須一直看到光譜的紅外部分，只有隨著詹姆斯·韋伯的發射，我們才有了足夠大和靈敏的望遠鏡 ， 可以看到這么遠 。
太空望遠鏡并沒有讓人失望:詹姆斯·韋伯幾次打破了自己的最遠星系記錄，現在看來我們終于要到達一些最早的星系誕生的時代了 。
在9月21日發表在《自然天文學》雜志上的一項新研究中 ， 來自丹麥尼爾斯玻爾研究所宇宙黎明中心和哥本哈根DTU空間的一組天文學家發現了一些似乎確實是仍在形成過程中的首批星系 。
“直到最近，研究早期宇宙中第一個星系是如何形成的幾乎是不可能的，因為我們根本沒有足夠的儀器 ?！半S著詹姆斯·韋伯的發射，這種情況現在完全改變了 ， ”該研究的領導者、宇宙黎明中心的助理教授卡斯帕·埃爾姆·海因茨說 。

天文學家用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現新生星系


這張圖以“元素-恒星質量圖”的形式展示了觀測到的星系:星系越靠右 ， 質量越大，越往上，包含的重元素越多 。灰色圖標代表當今宇宙中的星系，而紅色圖標顯示早期星系的新觀測結果 。這些星系的重元素明顯比后來的星系少得多，但與理論預測大致一致，由藍色帶表示 。鳴謝:卡斯帕·埃爾姆·海因茨，彼得·勞爾森 。學分:自然天文學(2023) 。DOI: 10.1038/s41550-023-02078-7
基本關系破裂
星系的恒星總質量和重元素的數量之間的關系比這要復雜一點 。星系產生新恒星的速度也有話說 。但是如果你對其進行修正，你會得到一個美麗的線性關系:星系越大 ， 重元素越多 。
但是這種關系現在正受到最新觀察的挑戰 。
“當我們分析這些首批星系中的16個的光時，我們看到它們的重元素明顯少于你對它們的恒星質量和它們產生的新恒星數量的預期 ， ”Kasper Elm Heintz說 。
事實上，星系中的重元素含量平均比后來的宇宙少四倍 。這些結果與當前的模型形成鮮明對比，在宇宙歷史的大部分時間里，星系以平衡的形式演化 。
理論預測
然而，這個結果并不完全令人驚訝 ?；谠敿毜挠嬎銠C程序的星系形成的理論模型，確實預測了類似的事情 。但現在我們看到了 。
作者在文章中提出的解釋很簡單，我們正在目睹星系被創造的過程 。重力已經聚集了第一批氣體，這些氣體已經開始形成恒星 。
如果星系不受干擾地生活 ， 恒星會很快使它們富含重元素 。但是在那個時候，星系之間有大量新鮮的、未被污染的氣體，它們以比恒星更快的速度流向星系 。
“這一結果讓我們第一次深入了解了星系形成的早期階段，它似乎與星系之間的氣體有著比我們想象的更密切的聯系 。
“這是詹姆斯·韋伯在這個問題上的第一次觀察 ， 所以我們仍在等待，看看目前正在進行的更大、更全面的觀察能告訴我們什么 。
“毫無疑問 ， 我們很快就會對大爆炸后的第一個十億年中星系和第一個結構是如何形成的有更清楚的了解，”卡斯帕·埃爾姆·海因茨總結道 。