天文学家发现早期星系违反了恒星形成的“宇宙规则”

莫心海


【正见网2023年09月29日】

太空网2023年9月25日报导,天文学家借助韦伯太空望远镜(JWST)发现早期宇宙中的星系是宇宙规则的破坏者。

为了发现这些宇宙违法行为的真相,一组天文学家使用JWST回溯120亿年前,观察星系以及它们在宇宙历史中遵循的规则。研究人员发现,同一套规则在120亿年内盛行,将恒星诞生率、星系质量和化学成分联系起来。但这些规则只适用于从现在追溯到120亿年以前,而最早的星系违背了这些规则。 

韦伯望远镜所看到的早期宇宙中打破规则的星系。 (图片来源:NASA/ESA/JWST)

西澳大利亚大学副教授克劳迪娅·拉戈斯(Claudia Lagos)在一份声明中说: “这就像星系有一本需要遵循的规则手册,但令人惊讶的是,这本宇宙规则手册似乎在宇宙的婴儿期经历了戏剧性的改写。”最令人惊讶的发现是,古代星系产生的重元素比我们根据后来形成的星系所知所预测的要少得多。”

当宇宙最初开始形成第一批恒星和星系时,它充满了氢和氦——这两种最轻的元素——迄今为止,前者是最主要的。 只有少量较重的元素(天文学家称之为“金属”)存在,直到第一代恒星在其心脏中锻造它们,然后在生命结束时通过超新星爆炸将它们分散到宇宙中。 

这种材料最终融于下一代恒星中,这意味着这些恒星以及它们所在的星系具有更高浓度的金属——一种称为“金属丰度”的衡量标准。按照天文学家的观测,这种金属富集的过程在整个 138 亿年的宇宙历史中一直持续着,这意味着早期星系的金属丰度确实低于现代星系的金属丰度。 但即使考虑到这一点,研究小组发现早期星系的金属丰度仍然远低于天文学家的理论预期。 

拉各斯继续说道:“根据在后来的星系中观察到的基本金属丰度关系,它们的化学丰度大约比预期低四倍。”他解释说,研究小组观察到的早期星系带来了更多的惊喜。 

研究小组认为,这种差异可能存在,因为大爆炸后几亿年的星系仍然可能与星系间介质(存在于星系之间的纤细的热气体和尘埃)密切相关。

拉各斯总结道:“早期星系不断从周围环境接收新的原始气体,气体的流入稀释了星系内部的重元素,使它们的浓度降低。”

因此,该团队的发现可能会挑战当前的星系演化模型以及促进第一个星系发展的机制。 

该研究发表在 9 月 21 日的《自然》杂志上。

参考资料:

https://www.space.com/james-webb-space-telescope-early-galaxies-cosmic-rulebook

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