宇宙形成初期首度發現原始球狀星團,韋伯望遠鏡再度挑戰宇宙演化理論

作者 | 發布日期 2024 年 06 月 30 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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宇宙形成初期首度發現原始球狀星團,韋伯望遠鏡再度挑戰宇宙演化理論

近期科學家藉韋伯太空望遠鏡,在極遙遠的宇宙形成初期,發現五個看起來如細絲恆星流串在一起,緊密依靠的原始球狀星團。恆星流其實是由數百萬顆恆星組成的星群,也就是宇宙誕生後僅約 4.6 億年形成的極早期原始星系 SPT0615-JD1。

至於為什麼星系看起來會像一條細長恆星流,是因前方星系團SPT-CL J0615−5746產生強大引力形成重力透鏡效應,將原始星系形狀彎曲成細長弧形,因此這外形看起來像恆星流弧線的極早期原始星系SPT0615-JD1,稱為「宇宙寶石弧」。

星系團SPT-CL J0615−5746周圍的「宇宙寶石箱」天空區域,也因強大重力透鏡效應,導致後方約宇宙誕生後5億年、黯淡的極早期天體亮度增加非常多,成為觀測宇宙黎明時期演化的最佳「窗口」,也讓天文學家了解恆星與星團如何在宇宙極早期形成,並聚集成星系。

▲「宇宙寶石箱」星系團SPT-CL J0615−5746,是目前所知因重力透鏡效應影響,讓後方宇宙極早期天體亮度增幅最高的天空區域。仔細觀察星系團四周,可發現許多因重力透鏡效應彎曲光線,拉長成長條弧狀的後方星系影像。(Source:ESA

宇宙黎明時期是指宇宙第一顆恆星形成開始,至宇宙誕生後約十億年之間。大爆炸後約四億年,充滿廣闊宇宙的濃密氫原子雲塌縮形成恆星,恆星放出來的強烈紫外線與恆星風將氫原子雲電離,間接形塑極早期矮星系的結構與樣貌。

藉韋伯望遠鏡的強大性能,天文學家逐漸發現宇宙形成初期樣貌與理論推算結果完全不同。原始星系異常明亮,代表以前所未見的極高速率產生大量恆星。產生恆星的方式,是在星系內龐大緻密的氣體塵埃分子雲,直接塌縮形成球狀星團。

依韋伯望遠鏡觀測結果推算,原始星系SPT0615-JD1五個原始球狀星團內,物質環境與恆星密度非常高,至少是銀河系恆星形成區千倍。原始球狀星團樣貌也代表宇宙極早期星系,恆星是以群聚大群大群快速形成。這些星系聚集氣體塵埃的速度也非常快,必需在球狀星團塌縮至開始發光,吹送大量恆星風電離星系的氣體塵埃,進而抑制恆星形成這段極短時間內,就成長至星系大小。

▲ 右側影像是重力透鏡星系團SPT-CL J0615−5746的全貌,左側影像是該星系團中標註方形區域的放大圖,顯示有兩個星系,因重力透鏡效應影響而嚴重扭曲成長條狀。紅位移值高達10.2的原始星系SPT0615-JD1影像,首度觀測到形成中原始球狀星團。(Source:ESA

▲ 左圖為原始球狀星團區域放大,中圖是此區反白後,黑色位置即是星系原始球狀星團影像。分為A、B、C、D、E系列,相同英文字母開頭者代表同球狀星團影像,因重力透鏡效應而扭曲分裂成數個影像。右圖為電腦計算消除重力透鏡效應後,五個原始球狀星團於極早期星系分布位置。(Source:Phys.org

之後團隊將進一步分析原始球狀星團光譜,希望了解宇宙極早期球狀星團的物理特性,標定星團確切年齡,並追蹤星團恆星對極早期星系演化的影響。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay

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