80亿光年外,有个恒星孵化场

来源:永盛资讯 2019-11-08 09:41:54

田文频道

实习记者代替了萧培。

星团是由巨大分子云中的重力坍缩形成的。分子云是星系中大量冷而致密的气体。银河系和邻近星系中这些分子云的物理特征早已为人所知。那么,分子云和80亿光年以外星系中的邻近星系一样吗?

以前人们认为巨大的分子云在所有星系中都有相似的性质,但是一项新的研究结果对这一结论提出了挑战。一个国际团队首次在遥远的星系中观察到巨大的分子云,称为宇宙蛇。通过分析,我们得到了与这些巨大分子云相关的一些物理性质,发现它们的物理性质与邻近星系中的巨大分子云有很大不同。最近,这项研究发表在《自然天文学》杂志上。

发现了完全不同的巨大分子云

宇宙蛇星系离我们超过80亿光年。宇宙诞生时的年龄只有今天的三分之一。它被认为是银河系等大型星系的前身。天文学家已经以前所未有的90光年的分辨率探测到了许多这样的单个巨大分子云。

"在过去,我们只能在相互靠近的星系中观察到相似大小的巨大分子云。"中国科学院国家天文台星际介质和恒星形成组研究员吴静雯在接受《科学日报》采访时表示:“这一研究结果的意义在于,国际团队首次使用阿塔卡马大毫米/亚毫米射电望远镜阵列(alma)和引力透镜效应来探测和区分非常遥远星系中的巨大分子云。”

在此基础上,该小组计算了宇宙蛇中巨大分子云的相关物理性质。研究发现,遥远星系中巨大分子云的质量、密度和内部湍流比邻近星系高10到100倍。此外,遥远的星系产生更多的恒星,效率也更高。像7500光年外的舱底星云一样,宇宙蛇星系中的这些巨大分子云可以说是“恒星孵化室”

“这项研究的结果仍然在我们的理解范围内,尽管遥远星系和邻近星系的巨大分子云之间有很大的差异。”吴静雯说,事实上,邻近的相互作用星系和恒星暴增星系也会产生类似的现象。

然而,这项研究指出,这次观测的目标不是众所周知的相互作用星系或星暴星系,而是处于正常恒星形成状态的圆盘星系。这一结果指出,早期宇宙中正常星系中的巨大分子云可能与我们在邻近宇宙中看到的大相径庭,但更接近邻近星系中的相互作用星系或星暴星系。吴静雯解释说,相互作用的星系是被彼此引力捕获的星系。通常,星系会在相互作用中合并,触发气体压缩和爆炸恒星形成,这被观察为恒星爆发星系。目前,一些理论已经提出分子云的形成和其中恒星的形成在宇宙中不是静态的,而是会受到它们所处环境的强烈影响。这一最新观察是对这一理论的有力支持。

看到远处“房子”的砖块了吗

本研究的突破点在于团队使用的观察方法。如前所述,研究小组利用引力透镜效应和阿尔玛观察宇宙蛇。

重力透镜被称为自然望远镜。由于大质量天体附近光线的弯曲,观察者可以看到空间中被大质量天体阻挡的光线,就像一个透镜放置在观察者和天体之间一样。“有了这种效果,遥远星系的一部分将在天空中展开,使我们能够以前所未有的分辨率研究遥远的星系。”该论文的第一作者米洛斯瓦德·桑格斯说。

阿尔玛是亚毫米望远镜的巨人,可以用来观察分子云、尘埃、一氧化碳等。在非常遥远的星系里。”吴静雯说,研究小组已经通过一个巨大的望远镜阵列获得了相当高的观测能力,从而可以看到更远更深的地方。

如果我们把遥远的星系比作一栋房子,我们只能从远处看到整栋房子。利用引力透镜和阿尔玛,我们可以区分建筑砖块——巨大的分子云。

那么,研究小组是如何知道这座离我们很远的房子的性质的呢?

“关键是阿尔玛能观察到星系中的一氧化碳,一氧化碳是星系中分子气体的示踪剂。”吴静雯解释说,氢分子和一氧化碳在星系中均匀混合,并根据经验以一定比例共存。因此,通过观察一氧化碳在星系中的分布范围、谱线轮廓和辐射强度,可以估计出与星系相对应的一些物理性质。

然而,这项研究仍有许多未解之谜。

“分子云中冷而致密的分子云核是大规模恒星的真实位置。这些分子云核需要用辐射密度低得多的气体探测器来探测——一些特殊的分子气体。这些巨大分子云中恒星形成的高效率可能是由于外部环境的影响,这些巨大分子云中的致密气体含量变得非常高。然而,目前的观测条件不足以观测和区分来自遥远星系的稠密气体排放。”吴静雯说,恒星是如何在如此高的内部湍流环境中形成的?大质量恒星的形成是如何受周围环境影响的?这些问题的答案需要进一步研究才能揭示。

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