宇宙早期的銀河系類似物

2020-09-09 捌零後的郭


星系SPT0418-47的光由於重力透鏡效應而失真，並顯示為幾乎完美的光環

我們的家庭星系具有一些典型特徵：它具有中央增厚，旋轉並且具有螺旋臂。現在，天文學家第一次在早期宇宙中發現了一個星系，該星系已經具有這三個特徵中的兩個-旋轉和增厚。這個星系距離大爆炸僅14億年，距今已有120億光年遠。因此，它是銀河系最遙遠的圖像-並引起意外。因為按照目前的模型，這樣的早期星系應該更加混亂和湍流。

當宇宙還很年輕，並且第一個星系只是逐漸形成和成長時，許多天體物理過程比今天動態和強烈得多。許多首批恆星非常龐大，因此在幾百萬年後再次爆炸成為超新星。在年輕的星系中，充足的星際氣體供應確保恆星形成的發生率大大高於當今大多數恆星簇。此外，星系經常發生碰撞和合併，從而使它們成長。但是，所有這些都反覆導致了銀河環境中的強烈湍流，這就是為什麼當前模型採用的是早期星系的有序度較低而混亂的結構。

從光環到銀河系圖像

但是現在，位於加奇的馬克斯·普朗克天體物理學研究所的弗朗西斯卡·裡佐（Francesca Rizzo）周圍的天文學家發現了一個不適合這張照片的早期星系。SPT0418-47星系距離我們約120億光年，因此在大爆炸之後約14億年存在。當時回望著它的燈光。由於如此遙遠的距離，即使是功能最強大的望遠鏡也很難分辨出此類早期星系的特徵。但是幸運的巧合拯救了Rizzo和她的團隊：距離更近的星系將自己推向地球和遙遠的星系SPT0418-47之間，並充當了引力透鏡：前景星系的引力扭曲並增強了SPT0418-47的光線，並為之服務因此，就像一個宇宙放大鏡一樣。

但是，為此，他們首先必須校正SPT0418-47的圖像，該圖像被重力透鏡嚴重扭曲。因為在原始圖像中，遙遠的星系不會顯示為星團，而是前景「鏡頭」周圍幾乎完美的圓形光環。研究人員使用了專門開發的計算建模技術來重建遙遠星系的真實外觀。「當我第一次看到SPT0418-47的重建圖像時，我簡直不敢相信：打開了一個藏寶箱，」 Rizzo說。如圖所示，SPT0418-47似乎至少具有我們銀河系典型的兩個特徵：一方面，它已經具有凸出部分，大量恆星緊緊圍繞銀河系中心。這是第一次 據天文學家說，在宇宙歷史的早期就觀察到了隆起。但是，另一方面，它們的旋轉對應於當今螺旋星系盤上運動速度的分布。

與當前理論相矛盾

儘管這個星系來自還很年輕的宇宙，但SPT0418-47在這些核心特徵上卻驚人地類似於我們的銀河系和當今當地宇宙的其他星系。總的來說，這個早期的星團比根據當前模型預測的有序得多。因此，這與早期宇宙中所有星系都是湍流且不穩定的理論相矛盾。Rizzo的同事Simona Vegetti解釋說：「我們發現的結果非常令人困惑：儘管恆星高速形成並因此發生了高能過程，但SPT0418-47是迄今為止在早期宇宙中觀測到的最有序的星系盤。「這一結果是出乎意料的，並且對我們認為星系的演化具有重要意義。」

SPT0418-47的發現及其令人驚訝的功能可能表明當前的模型可能並不完整。因為顯然早期宇宙並不像以前想像的那樣混亂。裡佐說：「這一結果代表了銀河系形成領域的一項突破，表明我們在附近的螺旋星系和銀河系中觀察到的結構已經存在於120億年前。」 但是，SPT0418-47還提出了一個問題，即在大爆炸之後不久，如何形成這樣一個秩序井然的星系。天文學家希望從未來使用新望遠鏡的觀測中得到答案，其中一些仍在建造中。您也可以幫助找出答案

資料來源：Francesca Rizzo（馬克斯·普朗克天體物理研究所，Garching）

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