宇宙誕生30億年後出現過「生育高峰」

2021-01-19 科學解碼

據國外媒體報導,宇宙大爆炸一億年後,恆星首次誕生,從此,恆星與恆星形成過程點亮了整個宇宙;重元素、行星、黑洞,幾乎目前宇宙的一切物質都隨之產生。目前宇宙已存在了138億年,那麼宇宙誕生30億年時恆星形成活動達到巔峰,其速度相當於目前水平的十倍以上。這一現象產生的原因是什麼,當時的物理過程和現在的是否相同,其原因又是什麼,這些問題成為了天文學界最亟待解決的問題,同時也推動著觀測設備從大型地基望遠鏡到美國宇航局的詹姆斯韋伯空間望遠鏡再到未來觀測設備的發展。


星系的當地環境在其恆星形成過程中發揮了重要作用。研究表明,在稠密的星系團內(星系團擁有上千個星系),恆星形成受到了抑制。這一發現與科學家們的看法一致,他們認為恆星間的相互影響把形成新恆星的原材料(中性氣體)驅趕到了星系之際。然而,在宇宙深處,圖像更為模糊不清,一些研究甚至發現了對立的結果,這些發現在某種程度上可以解釋恆星高速形成的原因。

 
    
儘管對於早期宇宙星系個體的研究有一定進展,但這些進展往往是由於星系既活躍又明亮。相反,在星系團中,除去一兩顆明亮的恆星,其餘大部分都是黯淡無光,不利於研究的。通常而言,星系是很難識別的。哈佛史密森天體物理中心的天文學家馬特-阿什比、布萊恩-斯託得、託尼-斯塔克和同事們對早期宇宙中的稠密星系團的恆星形成進行了研究,這項研究的時間點起始於宇宙大爆炸後六十億年左右,旨在解決星系團環境下恆星形成的問題。


他們從早期超亮星系的樣本入手,利用赫歇爾、普朗克等太空望遠鏡的紅外數據檢測星系團發出的微弱的紅外信號,這些信號有助於科學家們確認恆星形成活動的程度和性質。他們發現,事實上恆星形成活動並非被抑制,而是更加活躍;在這些星系團內,每年有數千個恆星正在形成,這一水平高於平均水平;同時,星系團邊緣的恆星形成更為活躍。在宇宙起源的研究中,這種紅外信號也許還能派上用場。


延伸閱讀:


恆星的形成過程


產生恆星的基本條件是氫氣、引力和漫長的時間。


起初,星雲中的一小塊氫氣受熱後開始升溫,進而引起星雲中的其他物質開始發熱、升溫並發光。塵埃和氣體在萬有引力的作用下開始聚集,形成巨大的漩渦。在聚集並壓縮體積的過程中,由於外界對其做功,根據熱力學第一定律,被壓縮的氣體溫度會升高。


經過數十萬年,星雲的密度會不斷增大,並會形成盤狀漩渦,直徑超過太陽系。而位於中心的氣體,在重力的不斷擠壓下,形成具有超高密度和溫度的球體。隨著壓力不斷增大,由於旋渦物質具有的角動量,導致巨大的氣柱從中心噴射而出,噴射氣柱直徑達幾光年,它可以使物質加速,穿越無法想像的距離。而核心的部分,就是年輕的恆星。

引力作用持續而強烈,氣體和灰塵顆粒被不斷吸入,並相互擠壓,產生了越來越多的熱量。


未來幾十萬年的時間裡,年輕的恆星經擠壓將變得更亮更熱,溫度會達到1500萬攝氏度。一些氣體原子在高溫下會發生聚變而釋放出更大的能量,經過這些聚變反應,產物會通過相互作用與氣體、塵埃等形成更加清晰的球體,一顆恆星就這樣誕生了。

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