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天文學家在早期宇宙中發現富含金屬的星系

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天文學家在早期宇宙中發現富含金屬的星系


強發射線的矩0圖和光譜片段 。對于每條強線，減去透鏡、減去連續統的力矩0圖顯示在第一行，帶有與圖1相同的標記區域 。光譜片段顯示在第二行，整合了三個區域 。光譜垂直偏移以幫助觀察，零基線由細黑線表示 。綠色虛線表示線或線關聯的高斯擬合加上局部連續體的線性擬合 。光譜的標注樣式和顏色與圖1相同 。Credit: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb59c
據美國物理學家組織網（by James Dean, Cornell University）：掃描由美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)拍攝的一個著名的早期星系的第一張圖像時 ， 康乃爾的天文學家們好奇的在它的外邊緣附近看到了一個光點 。
他們最初的焦點 ， 也是紅外天文臺的目標，是SPT0418-47，這是早期宇宙中最亮的塵埃恒星形成星系之一，其遙遠的光被前景星系的引力彎曲并放大成一個圓形 ， 稱為愛因斯坦環 。
但是，對去年秋天發布的早期JWST數據進行更深入的研究，意外地發現了一個伴星系 ， 它以前隱藏在前景星系的光線后面，盡管它很年輕，估計有14億歲，但令人驚訝的是 ， 它似乎已經擁有了多代恒星 。
“我們發現這個星系化學成分非常豐富，這是我們都沒有預料到的，”負責數據分析的天文學博士生薄鵬說 ?！癑WST改變了我們看待這個系統的方式，并為研究早期宇宙中恒星和星系的形成開辟了新的途徑 ?！?br>彭是2月17日在《天體物理學雜志快報》上發表的“在發現z~4星暴星系的一個充滿灰塵的化學成熟伴星早期發布科學數據”的第一作者，八位合著者是文理學院天文系的現任或前任成員 。
康奈爾天體物理和行星科學中心(CCAPS)的副研究員、論文第二作者Amit Vishwas說，智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)捕捉到的同一愛因斯坦環的早期圖像包含JSWT清晰解析的伴星線索，但它們只能被解釋為隨機噪聲 。
通過研究來自NIRSpec儀器的圖像的每個像素中嵌入的光譜數據，彭確定了環內的第二個新光源 。他確定 ， 這兩個新的來源是一個新星系的圖像，該新星系被形成光環的同一個前景星系引力透鏡化，盡管它們要暗8到16倍——這證明了JWST紅外視覺的力量 。
對光的化學成分的進一步分析證實，來自氫、氮和硫原子的強發射線顯示出類似的紅移——這是一種測量星系隨著距離變得更遠而延伸到更長、更紅波長的光的量 。這使得這兩個星系離地球的距離大致相同——紅移約為4.2，約為宇宙年齡的10%——并且位于同一區域 。
為了驗證他們的發現，研究人員回到了ALMA早期的觀察 。他們發現電離碳的發射線與JWST觀測到的紅移非常匹配 。
“這真的確定了，”維什瓦斯說 ?！耙驗槲覀冇袔讞l發射線移動了完全相同的量，毫無疑問，這個新星系就在我們認為的地方 ?！?br>該團隊估計 ， 他們標記為SPT0418-SE的伴星系距離該環不到5千秒差距 。(銀河系的衛星麥哲倫云距離我們大約50千秒差距 。)這種接近表明星系必定會相互作用 ， 甚至可能合并，這一觀察增加了對早期星系如何演變成更大星系的理解 。
作為早期宇宙中的星系，這兩個星系的質量適中，其中“se”相對較小，塵埃較少，使其看起來比極度模糊的塵埃環更藍 ?；陬伾嗨频母浇窍档膱D像，研究人員認為它們可能居住在“一個巨大的暗物質暈中，還有尚未被發現的鄰居 ?！?br>考慮到它的年齡和質量，伴星系最令人驚訝的是它成熟的金屬含量——比氦和氫重的元素數量 ， 如碳、氧和氮 。該小組估計，這相當于我們的太陽，它已經超過40億歲 ， 并繼承了前幾代恒星的大部分金屬，這些恒星用了80億年來建立它們 。
“我們看到至少幾代恒星在宇宙存在的第一個十億年內生存和死亡的殘留物，這不是我們通?？吹降模盫ishwas說 ?！拔覀兺茰y，在這些星系中形成恒星的過程一定非常有效，并且在宇宙中很早就開始了，特別是為了解釋測得的氮相對于氧的豐度，因為這個比率是衡量多少代恒星存活和死亡的可靠指標 。”
研究人員已經提交了一份JWST觀測時間的提案，以繼續研究光環及其同伴，并協調光學和遠紅外光譜之間的潛在差異 。
“我們仍在研究這個星系，”彭說 ?！斑@些數據中還有更多值得探索的地方 ?！?br>該團隊感謝早期發布的科學計劃，該計劃使JWST數據立即可供公眾使用，名為“模板:瞄準極度放大的全色透鏡弧及其擴展的恒星形成”，由美國宇航局天體物理學家簡·里格比領導，天文臺的運營項目科學家 。