龐大的遙遠星系群被發現?他們究竟如何形成?讓我給你答案

2021-01-16 天文在線

當今天我們仰望宇宙時,發現大量的行星、恆星及恆星團、星系和星系團的存在已經不足為奇,因為大爆炸已經過去138億年的時間,這給了我們宇宙充足的機會去形成所有這些結構。事實上,由於我們已經確定了宇宙組合之成分,我們對於所見物的觀察以及對於所見物的期望就應該非常一致。通過把握宇宙初步形成時的初始條件,並將時間調回至開始時期,我們便可以精確地模擬出將要形成的結構類型以及形成時間。

從這些模擬中,我們預計第一顆恆星出現在大爆炸後約五千至一億年之間,第一個星系出現在幾億年以後,之後宇宙合併會在越來越大的尺度上發生。數十億年過去,我們預計宇宙中會有大量星系群甚至是星系團,並且隨著時間的推移,這些星系團會變得更龐大、更豐富並且逐步進化演變。

圖源:歐洲航天局/哈勃,美國航空航天局,哈勃空間望遠鏡前沿領域。致謝:瑪蒂爾德·賈扎克(杜倫大學,英國天體物理學與宇宙學研究室,南非)、讓·保羅·克尼卜(洛桑聯邦理工學院,瑞士)

大約60億年前,暗能量成為宇宙膨脹的主要因素,這確保了星系團增長和合併的迅速下降。當遙遠的星系、星系團和其他受引力束縛的結構開始相互加速時,星系團的質量在某一閾值處被切斷。

但是如果我們看一下比那更早的時間--前78億年前左右的宇宙--我們不僅能夠追蹤星系團是如何隨著質量與數量的增長而增長,還能夠辨別其中獨立星系是如何演變的。

圖源:斯巴魯望遠鏡的多目標紅外攝像機和光譜儀

有很多原因會導致遙遠的星系團難以觀測:

·星系團中的星系分布於數百萬光年,即使在很遠的距離也需要大角度的深層探測。

·在遠距離裡,星系團中的星系會快速地退縮,這意味著需要紅外觀測來識別它們。

·但是紅外線望遠鏡在大氣中會面臨巨大困難,因此必須將它們(花費巨大的精力和努力)發射到太空中。

·還有最後,必須確定的是--這需要光譜學知識以及大量的光源--這些物體都是捆綁在一起的,而不是偶然排列的。

圖源:美國航空航天局/聯合技術公司/加州大學洛杉磯分校,廣域紅外勘測儀任務

本世紀初,美國航空航天局的廣域紅外勘測器(WISE)任務完成了整個天空的紅外測繪,確定了許多遙遠星系的候選星團。作為後續措施,高解析度(但視野較窄)的斯皮策太空望遠鏡在200個最適合的目標對象上進行應用,然後由莫納克亞山頂上的凱克望遠鏡從地面成像。

從超過250,000,000個候選天體開始,現在我們宣布發現銀河團MOO J1142+1527,這是迄今為止發現的規模最龐大、最宏偉的遙遠星系團。

圖源:美國航空航天局/聯合技術公司/雙子座/卡瑪

經過了85億年的旅程之後,這些來自星系團的光才剛剛抵達到我們身邊,這意味著我們正從只有53億年的宇宙的歷史中觀察著這些星系團。它的質量超過一千億個太陽,基於它在如此早期的巨大重量,它有望成為在宇宙存在的五個最重的星系之一。正如《探索》雜誌論文的合著者彼得·艾森哈特所說:「根據我們對宇宙誕生之初星系團如何形成的理解,這個星系團應該是當時存在的五個最大的星系團之一。」

但它並不是迄今為止發現的最大的星系團;而是另一個名為EI Gordo的不同de 並且更近的星系團。

圖源:美國航空航天局,歐洲航天局,J.Jee(美國加州大學河濱分校)

由於兩個星系團的合併形成了EI Gordo,所以它的質量大約是更遙遠星系團的三倍,隨著時間的流逝,大約二十億年之後,我們能夠看到它。我們預計,在宇宙最初的幾十億年裡,許多大型星團將繼續融合在一起,但隨著時間的推移,這種情況將越來越少發生。

我們對這些星團的觀察越多,我們就能更多了解星系團在大尺度上的結構形式,以及內部獨立的各個星系是如何演化的,包括他們是如何變成橢圓形星系、他們是如何失去氣體從而形成新恆星,會不會有物體隨著時間被這些巨怪排出。就像許多科學案例一樣,我們學的越多,就會發現有許更多新事物等待我們學習。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.forbes-千禧廢物

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