哈勃发现早期大质量星系

当宇宙年龄大约为 30 亿年时,只有当前年龄的 20%,它经历了历史上最多产的恒星诞生时期。但是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物体时,他们发现了一些奇怪的东西:六个早期的、巨大的、“死”的星系已经耗尽了冷氢制造恒星所需的气体。

没有更多用于恒星形成的燃料,这些星系实际上是空着的。研究结果发表在《自然》杂志上。

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。盒装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——冷氢气的枯竭,恒星形成已经停止。哈勃与 ALMA 一起发现了这些奇怪的星系,当它们与前景大质量星系团在太空中产生的“自然透镜”相结合时,发现了这些奇怪的星系。星团的引力以一种称为引力透镜效应的方式拉伸并放大了背景星系的光。这种现象使天文学家可以使用巨大的星系团作为天然放大镜来研究遥远星系中原本无法看到的细节。黄色勾勒出星光的光芒。人造紫色是来自 ALMA 观测的冷尘埃。这种冷尘埃被用作恒星形成所需的冷氢气的代表。即使有 ALMA 的灵敏度,科学家们也没有在采样的六个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“funhouse mirror”光学效果扭曲了。相比之下,星系左侧的紫色斑点是富含尘埃和气体的星系的一个例子。ALMA 探测冷尘的一个例子是右下角的星系 MRG-M2129。银河系的中心只有尘埃和气体。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。这种冷尘埃被用作恒星形成所需的冷氢气的代表。即使有 ALMA 的灵敏度,科学家们也没有在采样的六个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“funhouse mirror”光学效果扭曲了。相比之下,星系左侧的紫色斑点是富含尘埃和气体的星系的一个例子。ALMA 探测冷尘的一个例子是右下角的星系 MRG-M2129。银河系的中心只有尘埃和气体。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。这种冷尘埃被用作恒星形成所需的冷氢气的代表。即使有 ALMA 的灵敏度,科学家们也没有在采样的六个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“funhouse mirror”光学效果扭曲了。相比之下,星系左侧的紫色斑点是富含尘埃和气体的星系的一个例子。ALMA 探测冷尘的一个例子是右下角的星系 MRG-M2129。银河系的中心只有尘埃和气体。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。一个例子是 MRG-M1341,在右上角。它看起来被透镜的“funhouse mirror”光学效果扭曲了。相比之下,星系左侧的紫色斑点是富含尘埃和气体的星系的一个例子。ALMA 探测冷尘的一个例子是右下角的星系 MRG-M2129。银河系的中心只有尘埃和气体。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。一个例子是 MRG-M1341,在右上角。它看起来被透镜的“funhouse mirror”光学效果扭曲了。相比之下,星系左侧的紫色斑点是富含尘埃和气体的星系的一个例子。ALMA 探测冷尘的一个例子是右下角的星系 MRG-M2129。银河系的中心只有尘埃和气体。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。这表明恒星形成可能从外围向内停止。左图为注释图,右图为未注释图。

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 (Kate Whitaker) 解释说:“在我们宇宙的这一点上,所有星系都应该形成大量恒星。这是恒星形成的高峰时期。” 惠特克还是丹麦哥本哈根宇宙黎明中心的副教授。“那么这么早之前,这些星系中的所有冷气体都发生了什么?”

这项研究是哈勃和 ALMA 观测之间和谐的经典例子。哈勃精确地指出了恒星在星系中的位置,显示了它们过去形成的位置。通过探测代表冷氢气的冷尘埃,ALMA 向天文学家展示了如果存在足够的燃料,未来可能会形成恒星。

使用大自然自己的望远镜

对这些早期、遥远的死亡星系的研究是适当命名的 REQUIEM 计划的一部分,该计划代表在高红移处解析 QUIEscent 放大星系。(当光被空间膨胀拉伸并看起来向光谱的红色部分移动时,就会发生红移。星系相对于观察者越远,它看起来越红。)

REQUIEM 团队使用极其巨大的前景星系团作为天然望远镜。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团后面时,它看起来被大大拉伸和放大,使天文学家能够研究否则无法看到的细节。这被称为“强引力透镜”。

只有将哈勃和阿尔玛的精细分辨率与这种强大的透镜结合起来,REQUIEM 团队才能够了解这六个星系的形成,它们在大爆炸后仅几十亿年就出现了。

惠特克说:“通过使用强引力透镜作为天然望远镜,我们可以找到最遥远、质量最大、最先关闭恒星形成的星系。” “我喜欢把它想象成 2030 年代或 40 年代的科学——使用强大的下一代太空望远镜——但今天相反,通过结合哈勃和 ALMA 的能力,这些能力受到强透镜的推动。”

哈勃观测计划的首席研究员穆罕默德·阿赫希克说:“REQUIEM 收集了迄今为止最大的样本,这些样本是早期宇宙中这些罕见的、强透镜的死星系,强透镜是这里的关键。” “它放大了所有波长的光,以便更容易检测,并且当你将这些星系延伸到天空时,你也会获得更高的空间分辨率。你基本上可以在更精细的物理尺度上看到它们的内部,以弄清楚发生了什么。 ”

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