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120億光年外現類銀河系星系!顛覆了科學家對早期宇宙的認識

2020年08月16日 1:12 PDF版 分享轉發
SPT0418-47
SPT0418-47(ESO/視頻截圖)

2020年8月15日】(編輯:郭曉)浩瀚的中,璀璨的星係數以億計,星系按照外形主要可分為、橢圓星系、透鏡星系和不規則星系。對於大多數人來說,最熟悉的莫過於螺旋星系,畢竟我們的就是典範。科學家堅持不懈的在這些無窮無盡的星海之中尋找人類宜居的星球和星系,如果發現了一個類似銀河系的星系,那裡會有像我們人類一樣的智慧生命存在嗎?

120億年前,當整個空間還只是一個剛剛起步的嬰兒宇宙時,一個類似銀河系的年輕星系正在宇宙深處煥發出勃勃生機。通常認為是一個極端的環境,星系是不穩定且暴力的。但發表在《自然》雜誌上一項新的研究表明這些假設是不正確的,並且為星系如何形成提供了新的見解。

科學家利用智利阿塔卡馬大毫米/亞毫米波陣列(ALMA)對SPT0418-47星系進行觀測,結果顯示這個嬰兒星系的特徵與我們的銀河系相似,距離地球約120億光年。來自該星系的光線花了120億年才到達我們這裏,這意味著家正在回望一個在宇宙誕生后不到15億年就形成的星系。

之前的建模和觀測結果讓天文學家推測,宇宙誕生后的那段時間是動蕩不安的。早期的星系很可能是互相撞擊、合併形成大而無序的恆星團。它們不應該穩定下來成為整齊的、平坦的圓盤。但SPT0418-47卻做到了,顛覆了我們對早期宇宙活動的一些認識。

這一結果代表了星系形成領域的突破,表明我們在附近的螺旋星系和銀河系中觀察到的結構在120億年前就已經存在了,因為SPT0418-47離我們很遠,它的光線很微弱。為了找到並描述SPT0418-47,研究小組利用了引力透鏡效應,來自遙遠星系的光受到引力的影響並不是沿著直線傳播到地球的,當它傳到我們的望遠鏡時,附近的星系會扭曲和重塑來自更遙遠星系的光。

但透鏡可以幫助探測,利用這項技術和ALMA望遠鏡,研究人員能夠放大來自SPT0418-47的光線,並提高解析度來觀察這個年輕星系的特徵。透鏡的效果意味著ALMA獲得的圖像顯示SPT0418-47是一個咄咄逼人、火熱的索倫之眼型環,是一個包含數十萬顆恆星的完美光圈。

研究小組利用計算機建模技術,將SPT0418-47的引力透鏡、環形圖像重塑了這個星系。重建顯示SPT0418-47並沒有我們在銀河系中看到的大型螺旋臂,但它確實有一個圓盤和巨大隆起的中心,它的質量只有銀河系的25%,大小隻有銀河系的一半。SPT0418-47恆星形成率相當於我們350個太陽的質量,相比之下,銀河系的恆星形成率每年只有1.6個太陽質量。

研究人員指出,如此之大的恆星形成率實在令人費解,因為它標志著SPT0418-47是一個高能量過程的場所,這將導致更多的無序,但SPT0418-47即使在所有這些活動中仍然保持井然有序。這一出人意料的發現表明,早期宇宙並不像人們曾經認為的那樣混亂。

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