新發現早期宇宙一個龐大星系,能解釋以往無解的天文疑點

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 24 日 18:59 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


每當科學家又在早期宇宙發現異常巨大的成熟星系時,往往一顆頭兩個大,因為我們找不到小星系發展成巨大星系前應該存在的過渡星系。直到現在,天文學家利用 ALMA 發現了一個隱藏在黑暗中的怪物星系,它的尺寸、恆星形成速率都剛好能解釋星系發展歷史的空缺地帶。

要了解星系如何形成與成長,最好從大爆炸看起。大爆炸之初,宇宙非常炙熱且密度極高,物質、反物質、暗物質、輻射均勻分布;接著宇宙開始冷卻,大約 5 千萬~ 1 億年後,宇宙第一代恆星(第三星族星)出現,高能量紫外光子開始流竄宇宙並電離中性原子,宇宙逐漸透明。

大爆炸後 2~2.5 億年,宇宙第一批星系形成了,它們以驚人的速度形成新生恆星(但星系總質量還不到如今銀河系的 1%),電離速率增加,目前已知(儀器追蹤極限)最古老的星系出現在大爆炸後 4 億年;約大爆炸後 5.5 億年,宇宙終於完全被電離,光可以自由傳播而不會被吸收。

然而在宇宙完全透明之後,科學家依然只找到一些明亮但質量很低的星系,直到大爆炸後約 10 億年,無數個比銀河系還要龐大的巨無霸成熟星系,忽然出現在望遠鏡觀測視野內,這就是天文學一個長期懸而未解的問題:星系應該透過引力吸引附近物質來成長茁壯,隨著規模越來越大,星系開始互相吞食並融合成更大的星系,如果星系有等級區別,那也要從 Lv.1→2→3 循序增長至 Lv.10,而不是直接從 Lv.1 變成 Lv.10。

然而現實是:我們只找到了 Lv.1 的超低質量星系和 Lv.10 的超巨大成熟星系,而處於恆星活躍形成階段的中間星系幾乎找不到。雖然先前曾有研究發現類似中間等級的星系,但數量實在太少,無法給出令人滿意的答案。

為什麼會這樣呢?科學家認為最大原因是有東西擋住了望遠鏡觀測。

最近,亞利桑那大學天文學家 Christina Williams 團隊在利用阿塔卡馬大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)觀測時,忽然在一個沒有已知星系存在的區域發現一道微弱光芒,且就像黑暗中的鬼火從無到有,而當發現這個星系的光在其他波長下都看不見時,研究人員變得興奮,因為這說明光來自很遙遠的地方,明明暗暗又微弱很可能是被塵埃雲掩蓋。

研究人員認為,這道光是由位於年輕星系內部的恆星加熱塵埃粒子所引起,但一片巨大的塵埃雲掩蓋了恆星自身光芒,導致整個星系微弱不可見。

團隊估計,發出光芒的對象是個距離地球 125 億光年遠的星系,命名「3MM-1」,它的恆星數量跟銀河系差不多,但形成新生恆星的速度是銀河系的 100 倍。現在,我們不知道早期宇宙到底還藏了多少這種巨大星系,訂於 2021 年 3 月發射升空 NASA 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)能直接看透塵埃面紗,告訴科學家這些星系的真正大小以及增長速度,幫助釐清現有模型無法解釋的疑點。

新論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

(首圖來源:斯威本理工大學

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