“死亡”星系在早期宇宙中神秘地耗尽了制造恒星的燃料

MRG-M1341

星系团MACS J1341。主要作者:NASA, ESA, Katherine E. Whitaker(马萨诸塞),图像处理:Joseph DePasquale (STScI)

哈勃望远镜发现早期的大质量星系在空中运行

“活得快,死得早”可能是六个早期的、巨大的“死”星系的座右铭,它们在宇宙生命早期耗尽了形成恒星所需的冷氢气。这些星系过着快速而狂暴的生活,在极短的时间内创造了它们的恒星。但后来它们真的耗尽了气体,停止了恒星的形成。没有更多的燃料来创造恒星,这些星系就只能靠空运转了。为什么会在这么早的时候发生,这是一个谜。

">美国国家航空航天局哈勃太空望远镜,以及阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(阿尔玛),他在回顾数十亿年前宇宙中恒星诞生的高峰期时发现了这些奇怪的星系。为了定位非常遥远的星系,科学家将哈勃和ALMA的力量与巨大的前景星系团结合起来作为自然望远镜。通过一种叫做强引力透镜的现象,一个巨大星系团的巨大引力扭曲空间,弯曲和放大来自背景物体的光。当一个早期的、巨大的、非常遥远的星系位于这样一个星系团的后面时,它似乎被极大地拉伸和放大了,这使得天文学家能够研究那些原本不可能看到的细节。

引力透镜的安魂曲星系

这些图像是由美国宇航局的哈勃太空望远镜和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)合成的。盒子和拉出的图像显示了六个遥远的大质量星系中的两个,科学家发现,由于燃料源——冷氢气的耗尽,恒星形成已经停止。
哈勃和ALMA发现了这些奇怪的星系,它们与前景巨大的星系团在太空中形成的“自然透镜”相结合。星系团的引力会拉伸并放大背景星系发出的光,这种效应被称为引力透镜效应。这一现象使天文学家能够使用巨大的星系团作为天然放大镜来研究遥远星系的细节,否则这些细节是不可能看到的。
黄色的痕迹是星光的辉光。人造紫色是ALMA观测到的冷尘埃的痕迹。这种冷尘埃被用作恒星形成所需的冷氢气的替代品。
即使以ALMA的灵敏度,科学家们也无法在六个样本星系中的大多数中检测到尘埃。一个例子是MRG-M1341,在右上角。它看起来被透镜的“哈哈镜”光学效应扭曲了。相反,星系左边的紫色斑点是一个富含尘埃和气体的星系。
ALMA探测到冷尘的一个例子是右下角的MRG-M2129星系。这个星系的中心只有尘埃和气体。这表明恒星的形成可能已经从外围向内关闭。
主要作者:NASA, ESA, Katherine E. Whitaker(马萨诸塞),图像处理:Joseph DePasquale (STScI)

当宇宙大约30亿岁时,只有现在年龄的20%,它经历了历史上最多产的恒星诞生时期。但当美国宇航局的哈勃太空望远镜和智利北部的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)在这一时期凝视宇宙天体时,他们发现了一些奇怪的东西:六个早期的、巨大的“死亡”星系已经耗尽了形成恒星所需的冷氢气。

如果没有更多的燃料来形成恒星,这些星系实际上是空的。研究结果发表在该杂志上自然

“在我们的宇宙中,所有的星系都应该在形成大量的恒星。这是恒星形成的高峰时期,”该研究的主要作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校天文学助理教授凯特·惠特克解释说。惠特克还是丹麦哥本哈根宇宙黎明中心的副教授。“那么这些星系中这么早的冷气体都发生了什么?”

这项研究是哈勃和ALMA观测相协调的典型例子。哈勃确定了这些恒星在星系中的位置,显示了它们过去在哪里形成。通过探测作为冷氢气替代品的冷尘埃,ALMA向天文学家展示了如果存在足够的燃料,未来哪里可能形成恒星。

安魂曲星系罗盘图像

星系团MACS J1341和MACS J2129。主要作者:NASA, ESA, Katherine E. Whitaker(马萨诸塞),图像处理:Joseph DePasquale (STScI)

使用大自然的望远镜

对这些早期的、遥远的、死亡的星系的研究是“安魂曲”计划的一部分,该计划被恰当地命名为“安魂曲”,意思是解决高红移下的静止放大星系。(当光线因空间膨胀而拉伸时,就会发生红移,并向光谱的红色部分移动。星系相对于观测者越远,它看起来就越红。)

安魂曲团队使用巨大的前景星系团作为自然望远镜。星系团的巨大引力扭曲空间,使背景物体发出的光线弯曲和放大。当一个早期的、巨大的、非常遥远的星系位于这样一个星系团的后面时,它似乎被极大地拉伸和放大了,这使得天文学家能够研究那些原本不可能看到的细节。这被称为“强引力透镜效应”。

只有将哈勃和ALMA的精确分辨率与这种强透镜效应结合起来,安魂曲小组才能了解这6个星系的形成,它们看起来就像大爆炸后几十亿年的样子。

“通过使用强引力透镜作为自然望远镜,我们可以找到遥远的、最大的、第一个停止恒星形成的星系,”惠特克说。“我喜欢把它想成是在21世纪30年代或40年代用强大的下一代太空望远镜进行科学研究,但今天要把哈勃和ALMA的能力结合起来,这是由强透镜效应推动的。”

“《安魂》收集了迄今为止最大的样本,这些早期宇宙中罕见的、强透镜的死亡星系,而强透镜作用是关键,”哈勃观测项目的首席研究员穆罕默德·阿什克(Mohammad Akhshik)说。“它放大了所有波长的光,这样就更容易被探测到,当这些星系伸展到天空中时,你也会得到更高的空间分辨率。”你基本上可以在更细的物理尺度上看到它们的内部,弄清楚正在发生什么。”

活得快,死得早

这些死寂的星系似乎并没有恢复活力,即使是通过后来附近的小星系和气体的小型合并和吸积。吞噬它们周围的东西大多只是“膨胀”了星系。如果恒星形成真的重新开始,惠特克将其描述为“一种霜状物”。在现在的宇宙中,大约110亿年后,这些以前致密的星系被认为已经进化得更大了,但就任何新恒星的形成而言,它们仍然是死亡的。

这六个星系过着快速而激烈的生活,在非常短的时间内创造了它们的恒星。为什么他们这么早就停止了恒星的形成仍然是个谜。

惠特克提出了几种可能的解释黑洞在星系中心打开并加热所有的气体?如果是这样,气体可能还在那里,但现在它很热。或者它可能被驱逐了,现在又被阻止吸积回星系。或者是星系用光了,然后供给被切断了?这些都是有待解决的问题,我们将在未来通过新的观察继续探索。”

参考:凯瑟琳E.惠特克,克里斯蒂娜C.威廉姆斯,Lamiya Mowla,贾斯汀S. Spilker, Sune Toft, Desika Narayanan, Alexandra Pope, Georgios E. Magdis, Pieter G. van Dokkum, Mohammad Akhshik, Rachel Bezanson, Gabriel B. Brammer, Joel Leja, Allison Man, Erica J. Nelson,Johan Richard, Camilla Pacifici, Keren Sharon & Francesco Valentino, 2021年9月22日,自然
DOI: 10.1038 / s41586 - 021 - 03806 - 7

哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局(ESA)之间的一个国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃望远镜的科学操作。STScI是由位于华盛顿特区的大学天文学研究协会为NASA运作的

1评论关于“死亡的星系在早期宇宙中神秘地耗尽了制造恒星的燃料”

  1. 以无神论的方式,解释了已知宇宙中的一切&然后是一些。对于那些最喜欢问“如果……会怎么样”的孩子来说,这也很好。比深海潜水好多了。没有人评判你,除了你&你总是很棒!

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