2019-05-11

                   关于古代星系如何照亮宇宙的新线索

摘要：

美国宇航局的斯皮策太空望远镜透露，宇宙中一些最早的星系比预期的要亮。多余的光是星系的副产物，释放出令人难以置信的大量电离辐射。这一发现提供了电子化时代事业的线索，这是一个重要的宇宙事件，它将宇宙从大部分不透明变为今天所见的辉煌星

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美国宇航局的斯皮策太空望远镜透露，宇宙中一些最早的星系比预期的要亮。多余的光是星系的副产物，释放出令人难以置信的大量电离辐射。这一发现为帝国主义复兴时代的事业提供了线索，这是一个重大的宇宙事件，它将宇宙从大部分不透明变为今天所见的辉煌的星空。这项新工作出现在皇家天文学会月刊上的一篇论文中。

研究人员报告了在大爆炸后不到10亿年（或超过130亿年前）在宇宙中形成的一些第一个星系的观测结果。数据显示，在一些特定波长的红外光中，星系比科学家预期的要亮得多。这项研究是第一个证实这一时期的大型星系样本的现象，表明这些不是亮度过高的特殊情况，但即使是那个时候存在的平均星系在这些波长上比我们今天看到的星系要亮得多。 。

当我们宇宙中的第一批恒星迸发出来时，没有人确切知道。但是有证据表明，在大爆炸之后大约1亿到2亿年之间，宇宙中充满了中性氢气，这些氢气可能刚刚开始凝聚成恒星，然后开始形成第一个星系。在大爆炸后大约10亿年，宇宙变成了闪闪发光的天空。其他一些东西也发生了变化：无处不在的中性氢气的电子在一个称为电离的过程中被剥离。Reionisation的时代 - 从充满中性氢的宇宙转变为充满电离氢的宇宙 - 已被充分记录。

在整个宇宙变换之前，长波长形式的光，如无线电波和可见光，或多或少地不受阻碍地穿越宇宙。但较短波长的光 - 包括紫外线，X射线和伽马射线 - 被中性氢原子阻止。这些碰撞会剥离电子的中性氢原子，使它们电离。

但什么可能产生足够的电离辐射来影响宇宙中的所有氢？这是个人明星吗？巨星系？如果其中一个是罪魁祸首，那些早期的宇宙定殖者将与大多数现代恒星和星系不同，后者通常不释放大量的电离辐射。然而，或许其他事情完全引起了这一事件，例如类星体 - 具有令人难以置信的明亮中心的星系，由巨大的物质驱动的轨道超大质量黑洞。

“这是观察宇宙学中最大的开放性问题之一，”该研究的第一作者，瑞士日内瓦大学的博士后研究员Stephane De Barros说。“我们知道它发生了，但是是什么导致了它？这些新发现可能是一个很大的线索。”

为了及时回到Reionisation时代即将结束之前的时代，斯皮策盯着天空的两个区域各自超过200小时，让太空望远镜收集已经旅行超过130亿年的光到达我们。

作为斯皮策有史以来进行的一些最长的科学观察，他们是观察运动的一部分，名为GREATS，是斯皮策的GOODS再电离时代广域财政部的简称。GOODS（本身是一个缩写：Great Observatories Origins Deep Survey）是另一个对一些GREATS目标进行首次观测的战役。该研究还使用了NASA / ESA哈勃太空望远镜的档案数据。

利用斯皮策的这些超深度观测，天文学家团队观测了135个遥远的星系，发现它们在两个特定波长的红外光中都特别明亮，这些红外光是由电离辐射与星系内的氢气和氧气相互作用产生的。这意味着这些星系主要由年轻的大质量恒星组成，这些恒星主要由氢和氦组成。与普通现代星系中发现的恒星相比，它们含有非常少量的“重”元素（如氮，碳和氧）。

这些恒星不是宇宙中形成的第一颗恒星（它们仅由氢和氦组成），但它们仍然是早期恒星的成员。Reionisation时代不是一个瞬间事件，因此虽然新的结果不足以关闭这个宇宙事件的书，但它们确实提供了有关宇宙如何在此时进化以及过渡如何发展的新细节。

斯皮策在美国加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的项目科学家迈克尔沃纳说：“我们没想到，斯皮策的镜子不会超过呼啦圈，能够看到星系如此接近时间。” 。“但大自然充满惊喜，这些早期星系的意外亮度，加上斯皮策的卓越表现，使它们处于我们小而强大的天文台的范围内。”

NASA / CSA / ESA詹姆斯韦伯太空望远镜将于2021年发射，它将在斯皮策观测的许多相同波长中研究宇宙。但是，在斯皮策的主镜直径只有85厘米的地方，韦伯的距离为6.5米 - 大约7.5倍 - 使韦伯能够更加详细地研究这些星系。事实上，韦伯将尝试探测来自宇宙中第一颗恒星和星系的光。新的研究表明，由于它们在这些红外波长中的亮度，斯皮策观测到的星系对于韦伯来说比以前想象的更容易研究。

斯皮策的这些结果肯定是解决宇宙再电离之谜的另一个步骤，“日内瓦大学助理教授，该研究的共同作者Pascal Oesch说。“我们现在知道，这些早期星系的物理条件与今天典型的星系非常不同。詹姆斯韦伯太空望远镜的工作就是找出原因的详细原因。”

故事来源：

材料由皇家天文学会提供。注意：可以根据样式和长度编辑内容。

期刊参考：

S De Barros，PA Oesch，ILabbé，M Stefanon，VGonzález，R Smit，RJ Bouwens，GD Illingworth。z~8上的GREATSHβ+ [O III]亮度函数和星系特性：走JWST之路。2019年皇家天文学会月刊 ; DOI：10.1093 / mnras / stz940