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ALMA发现大量原始​​星系在黑暗中游泳

时间:2018-05-15  点击: 22

来自早期宇宙的一对星系的艺术家印象。信用:NRAO / AUI / NSF; D.贝瑞

天文学家预计,第一个星系,也就是大爆炸后几亿年后形成的星系,将与我们今天在附近宇宙中看到的一些矮星系有许多相似之处。这些数十亿颗恒星的早期聚集将成为大数十亿年后主宰宇宙的大型星系的基石。

然而,使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的持续观测发现了当宇宙不到十亿年时发现的巨大的满星星的令人惊讶的例子。这表明较小的星系积木能够很快组装成大型星系。

最新的ALMA观测结果进一步推动了大质量星系形成的这个时代,这是通过确定宇宙只有7.8亿年前的大型星系,或者当前年龄的5%来确定的。 ALMA还透露,这些罕见的大型星系坐落在一个更加巨大的宇宙结构内,暗物质的光环比太阳大数万亿倍。

这两个星系距离地球到银河系中心的距离要小得多,它们很快就会合并,形成宇宙历史上曾经观测过的最大的银河系。这一发现提供了有关大型星系出现的新细节,以及暗物质在组装宇宙中最庞大结构中的作用。

为了校正这些星系中的引力透镜效应,将ALMA数据(左图)与透镜失真模型图像(左图第二幅图)进行比较。差异显示在左侧的第三个面板中。在消除了透镜效应之后,银河的结构如右图所示。该图像循环通过星系内不同的速度范围,由于多普勒效应,这些速度范围出现在与ALMA不同的频率处。学分:ALMA(ESO / NAOJ / NRAO); D. Marrone等人

研究人员在“自然”杂志上报告他们的发现。

“有了这些精妙的ALMA观测,天文学家在组装自己的过程中看到了宇宙第一个十亿年以来最大的星系”,图森亚利桑那大学天文学副教授丹Marrone说,该文件。

天文学家在宇宙历史时期看到这些星系被称为“再生时代”,当时大部分的星系间空间都泛着一层模糊的冷氢气。随着更多恒星和星系的形成,它们的能量最终使星系之间的氢离子化,揭示了我们今天看到的宇宙。

“我们通常认为,随着小星系努力在中性星系介质中咀嚼的时间,”Marrone说。然而,使用ALMA观测证据有助于重塑这一故事,并继续推迟真正大规模的星系首次出现在宇宙中的时间。“

Marrone和他的研究小组研究的星系,统称为SPT0311-58,最初被南极望远镜确定为单一来源。这些第一次观察表明,这个物体在红外光下非常遥远,发光明亮,这意味着它非常多尘,可能会经历一阵恒星形成。随后用ALMA进行的观测揭示了物体的距离和双重性质,清晰地解析了这对相互作用的星系。

为了做出这种观察,ALMA得到了引力透镜的一些帮助,从而为望远镜提供了一个观测提升。当一个居中的大量物体,如银河系或星系团,弯曲来自更遥远的星系的光时,会形成引力透镜。然而,它们确实扭曲了被研究对象的外观,需要复杂的计算机模型来重建图像,使其看起来处于未改变的状态。

这种“去透镜化”的过程提供了关于星系的有趣细节,表明其中较大的星系每年形成2,900个太阳质量。它还含有大约2700亿倍于我们太阳的气体质量和近30亿倍于我们太阳的尘埃质量。考虑到系统的年轻化,这是一个巨大的尘埃,“亚利桑那大学最近的毕业生,现在在德克萨斯大学奥斯汀分校的博士后研究员Justin Spilker说。

天文学家确定,这个星系的快速恒星形成可能是由与其稍小的伴星的密切接触触发的,它已经拥有约350亿颗太阳质量的恒星,并以每年540太阳质量的惊人速度增加星爆率。

显示两个星系SPT0311-58的ALMA数据(红色)的复合图像。这些星系显示在哈勃太空望远镜的背景上(蓝色和绿色)。 ALMA的数据显示了两个星系的尘埃发光。右侧星系的图像被引力透镜扭曲。较近的前景透镜星系是由ALMA成像的两个星系之间的绿色物体。学分:ALMA(ESO / NAOJ / NRAO),Marrone等。 B. Saxton(NRAO / AUI / NSF); NASA / ESA Hubb

研究人员指出,这个时代的星系比我们在附近宇宙中看到的星系“更加混乱”。他们更混乱的形状将是由于巨大的气体储存在他们身上,他们不断与他们的邻居进行互动和合并。

新的观察结果也使研究人员能够推断出围绕两个星系的真正巨大的暗物质晕。暗物质提供了引起宇宙塌陷成结构(星系,星系团和星系团等)的重力拉力。

“如果你想了解一个星系在我们目前对宇宙学的理解中是否有意义,你想看看它所处的暗物质晕圈 - 暗沉物质结构 - ”中心的副研究科学家克里斯海沃德说。为纽约Flatiron研究所的计算天体物理学。 “幸运的是,我们非常清楚宇宙中暗物质与正常物质之间的比率,所以我们可以估计暗物质晕圈质量必须达到的程度。”

通过比较他们的计算和当前的宇宙学预测,研究人员发现,这个光环是当时应该存在的最大规模之一。

伊利诺斯大学厄巴纳 - 香槟分校的华金维埃拉说:“用南极望远镜发现的更多星系,我们正在跟进,还有更多的调查数据,我们刚刚开始分析。我们的希望是找到更多像这样的物体,甚至更远的物体,以更好地理解这个极端尘埃星系群,特别是它们与这个时代星系群体的关系。“

“无论如何,我们下一轮的ALMA观测应该有助于我们理解这些星系多快地聚集在一起,并提高我们在再电离期间对大质量星系形成的理解,”Marrone补充说。

出版物:D. P. Marrone等人,“宇宙历史上第一个十亿年的大型光环中的银河系生长”,Nature,2017; DOI:10.1038 / nature24629

资料来源:国家射电天文台

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