大爆炸后仅7亿年一个星系就消亡了 科学无法解释原因

天文学家利用詹姆斯韦伯太空望远镜发现了迄今为止所见最遥远的静止星系——该星系在宇宙大爆炸后仅 7 亿年就停止了恒星形成。这对现有的星系演化模型提出了挑战，因为这些模型无法解释如此巨大的“红色死亡”星系如何如此早地形成。

这个名为 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系将超过 100 亿个太阳质量压缩到一个只有 650 光年宽的空间中，这表明当今巨型椭圆星系的致密核心可能形成得非常早。

在早期宇宙中，星系通过从周围的星系间介质中吸收气体并将这些气体转化为新恒星而生长。随着星系质量的增加，它可以更有效地吸引气体，从而加速恒星的形成。但这种增长不会永远持续下去。最终，星系会经历一个称为“淬灭”的过程，在此过程中，它们停止形成恒星并实际上停止生长。

如今，天文学家发现，宇宙中大约有一半星系不再形成恒星。这些星系被称为静止星系、熄灭星系或“红色死亡星系”。它们之所以呈现红色，是因为它们已经耗尽了年轻、炽热、蓝色的恒星，只留下年老、较冷、微红色的恒星。

JWST/NIRSpec 拍摄的三个光谱叠加在 JWST/NIRCam 拍摄的图像上，JWST/NIRCam 是詹姆斯韦伯太空望远镜上的两个仪器。记录星系显示在中间。它在图像中显示为红色，其光谱向左（短波长）减小。为了进行比较，顶部和底部的光谱（蓝色和紫色）显示了宇宙历史中相似时期的典型恒星形成星系。来源：NASA/CSA/ESA、A. Weibel、PA Oesch（日内瓦大学）、RUBIES 团队：A. de Graaff（MPIA Heidelberg）、G. Brammer（Niels Bohr 研究所）、DAWN JWST 档案

静止星系在质量最大的星系中尤其常见，这些星系通常呈椭圆形。这些星系通常需要很长时间才能形成，首先积累大量恒星群，然后恒星形成停止。然而，究竟是什么原因导致星系熄灭仍然是天体物理学中最大的悬而未决的问题之一。

“在早期宇宙中寻找第一批大质量静止星系 (MQG) 至关重要，因为它能揭示它们可能的形成机制，”日内瓦大学科学学院天文系副教授、论文合著者 Pascal Oesch 表示。因此，寻找这样的系统多年来一直是天文学家的主要目标。

随着技术的进步，尤其是近红外光谱技术的发展，天文学家在越来越早的宇宙时代证实了大质量静止星系 (MQG)。它们推断的丰度一直难以与星系形成的理论模型相协调，因为理论模型预测此类系统需要更长的时间才能形成。借助詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST)，这种紧张关系被推至红移 5（大爆炸后 12 亿年），近年来已证实了几个 MQG。日内瓦大学领导的新研究表明，这些星系的形成时间比之前认为的更早、更快。

在 JWST 第 2 周期中，广域计划 RUBIES（红色未知数：亮红外河外星系调查）是欧洲主导的最大的使用 NIRSpec 仪器进行河外星系研究的项目之一，它已经获得了数千个星系的光谱观测数据，包括从早期 JWST 成像数据中新发现的数百个源。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 彻底改变了我们对早期宇宙的看法，揭示了巨大的星系在宇宙大爆炸后仅 7 亿年就已停止形成恒星——比预测的要早得多。其强大的红外能力使天文学家能够在创纪录的距离探测和研究这些意外“死亡”的星系。图片来源：诺斯罗普·格鲁曼

在这些新光谱中，科学家发现了迄今为止发现的最遥远的 MQG，其光谱红移为 7.29，距离大爆炸仅约 7 亿年。NIRSpec/PRISM 光谱揭示了如此年轻的宇宙中恒星群的惊人古老。光谱和图像数据的详细建模表明，该星系在大爆炸后的前 6 亿年内形成了超过 100 亿（10 10）太阳质量的恒星，然后迅速停止恒星形成，从而证实了其静止性质。

“这个名为 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系的发现意味着，宇宙诞生后的前 10 亿年中，巨大的静止星系数量比迄今为止任何模型预测的数量多 100 多倍，”日内瓦大学理学院天文系博士生、论文第一作者 Andrea Weibel 说道。这反过来又表明，理论模型中的关键因素（例如恒星风的影响，以及由恒星形成和巨大黑洞驱动的流出强度）可能需要重新审视。星系的消亡比这些模型预测的要早得多。

最后，RUBIES-UDS-QG-z7 的物理尺寸很小，仅为约 650 光年，这意味着恒星质量密度很高，与红移稍低的静止星系（z ~2-5）中观测到的最高中心密度相当。这些星系很可能演变成当地宇宙中最古老、质量最大的椭圆星系的核心。

“RUBIES-UDS-QG-z7 的发现首次提供了强有力的证据，证明一些附近的大质量椭圆星系的中心可能早在宇宙诞生的最初几亿年就已经存在，”RUBIES 项目首席研究员、海德堡马克斯普朗克天文研究所博士后研究员兼论文第二作者安娜德格拉夫 (Anna de Graaff) 总结道。

编译自/ScitechDaily