ALMA科學(xué)家揭開(kāi)了早期大質(zhì)量星系在空空蕩蕩的神秘面紗

早期的大質(zhì)量星系——那些在大爆炸后的 30 億年形成的星系——應(yīng)該含有大量的冷氫氣，這是制造恒星所需的燃料。但是科學(xué)家們用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列 (ALMA) 和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察早期宇宙發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的東西：六個(gè)耗盡燃料的早期大質(zhì)量星系。研究結(jié)果今天發(fā)表在《自然》雜志上。

被稱為“淬火”星系——或已經(jīng)停止恒星形成的星系——從高紅移的 REsolving QUIEscent Magnified 星系或 REQUIEM 調(diào)查中選擇用于觀測(cè)的六個(gè)星系與天文學(xué)家對(duì)早期宇宙的預(yù)期不一致。

“宇宙中質(zhì)量最大的星系快速而狂暴地生活，在極短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造了它們的恒星。該研究的主要作者、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校天文學(xué)助理教授凱特惠特克說(shuō)，氣體是恒星形成的燃料，在宇宙的早期階段應(yīng)該是充足的。“我們最初認(rèn)為，這些淬滅的星系在大爆炸后僅僅幾十億年就剎車了。在我們的新研究中，我們得出的結(jié)論是，早期的星系實(shí)際上并沒(méi)有踩剎車，而是在空虛的情況下運(yùn)行。”

為了更好地了解星系是如何形成和消亡的，研究小組使用哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)它們進(jìn)行了觀察，哈勃望遠(yuǎn)鏡揭示了居住在星系中的恒星的詳細(xì)信息。與 ALMA 的同時(shí)觀測(cè)揭示了星系在毫米波長(zhǎng)下的連續(xù)輻射(塵埃的示蹤劑)，使團(tuán)隊(duì)能夠推斷星系中的氣體量。兩架望遠(yuǎn)鏡的使用都是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的，因?yàn)镽EQUIEM的目的是利用強(qiáng)引力透鏡作為天然望遠(yuǎn)鏡，以更高的空間分辨率觀察休眠星系。反過(guò)來(lái)，這讓科學(xué)家們對(duì)星系的內(nèi)部活動(dòng)有了清晰的認(rèn)識(shí)，而對(duì)于那些空著運(yùn)行的人來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)任務(wù)通常是不可能的。

“如果一個(gè)星系沒(méi)有產(chǎn)生很多新恒星，它就會(huì)很快變得非常微弱，因此很難或不可能用任何單獨(dú)的望遠(yuǎn)鏡觀察它們的細(xì)節(jié)。REQUIEM 通過(guò)研究被引力透鏡化的星系解決了這個(gè)問(wèn)題，這意味著它們的光會(huì)隨著它們的光線在更接近銀河系的其他星系周圍彎曲和扭曲而被拉伸和放大，”這項(xiàng)新研究的合著者和美國(guó)宇航局的賈斯汀斯皮爾克說(shuō)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的哈勃博士后研究員。“通過(guò)這種方式，引力透鏡結(jié)合哈勃和 ALMA 的分辨能力和靈敏度，就像一個(gè)天然望遠(yuǎn)鏡，使這些垂死的星系看起來(lái)比實(shí)際更大更亮，讓我們能夠看到正在發(fā)生的事情以及正在發(fā)生的事情。 '不是。”

新的觀測(cè)表明，六個(gè)目標(biāo)星系中恒星形成的停止并不是由于冷氣體轉(zhuǎn)化為恒星的突然低效造成的。相反，它是星系中氣藏耗盡或移除的結(jié)果。“我們還不明白為什么會(huì)發(fā)生這種情況，但可能的解釋是，為星系提供燃料的主要?dú)怏w供應(yīng)被切斷，或者一個(gè)超大質(zhì)量黑洞正在注入能量，使星系中的氣體保持高溫，”克里斯蒂娜說(shuō)。亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家、該研究的合著者威廉姆斯說(shuō)：“從本質(zhì)上講，這意味著星系無(wú)法重新填充燃料箱，因此無(wú)法在恒星生產(chǎn)時(shí)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。”

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