科學家在早期宇宙的兩個古老星系中發現了極其罕見的分子集合
106 觀看·2023年12月22日
天文學家表示,在他們觀測的兩個星系中,發現了一批珍貴的分子,這些星系是在120億年前的樣子,揭示了古老領域形成恆星的信息。
其中一個遙遠的星系,APM 08279+5255,是一個類星體的家園——它的核心是一個活躍的超大質量黑洞,吞噬著大量的氣體,產生了強烈的輻射和噴流。而另一個星系,NCv1.143,是一個更“正常”的星系,沒有明顯的活動核心,但卻擁有豐富的星際氣體和塵埃2。然而,這兩個星系都被看到以驚人的速度形成恆星,比目前銀河系產生的恆星多數百倍,達到了每年數百甚至數千個太陽質量的水平。
天文學家表示
在他們觀測的兩個星系中
發現了一批珍貴的分子
這些星系是在120億年前的樣子
揭示了古老領域形成恆星的星系
其中一個遙遠的星系
APM 08279加5255
是一個類星體的家園
它的核心是一個活躍的超大質量黑洞
吞噬着大量的氣體
產生了強烈的輻射和噴流
而另一個星系
NCV1.143是一個更正常的星系
沒有明顯的活動核心
然而
這兩個星系都被看到
以驚人的速度形成恆星
比目前銀河系產生的恆星多數百倍
達到了每年數百
甚至數千個太陽質量的水平
這兩個星系是由法國的NOWEMA
北方延展毫米波陣列觀測的目標
NOWEMA能夠探測
毫米和亞毫米波段的無線電波
這些波段的輻射
主要來自於低溫的分子氣體
可以反映出星系中
恆星形成的物質來源和條件
有趣的是
由瑞典查爾姆斯理工大學團隊
在這兩個星系中
探測到了13種不同的分子
我們看到了在附近的星系中
很難觀測到的電磁波譜的一部分
團隊負責人在一份新聞聲明中說
但是由於宇宙的膨脹
來自這些遙遠星系的光
被拉長到了更長的波長
我們可以用觀測亞毫米波段的
射電望遠鏡看到
這一發現
形成了在如此極端距離的星系中
探測到的最大的分子集合
這些分子的存在
不僅爲我們提供了了解
早期宇宙中恆星形成的重要線索
也爲我們探索宇宙中的
化學演化和多樣性
提供了新的視角
在探測到的13種不同類型的分子中
有一氧化碳
硫化碳
禽基自由基
甲鮮基氧離子
禽化氫
一禽化氫
一氧化氮和水
這些分子都是在
恆星形成的過程中產生的
或者是與恆星形成相關的
物理過程有關的
例如
一氧化碳是最常見的星際分子
它可以在恆星形成的
密集氣體雲中被激發
並且可以作爲
氣體溫度和密度的指示器
硫化碳是一種含硫的分子
它可以在恆星形成區域的
塵埃顆粒表面形成
並且可以反映出
塵埃的性質和演化
禽基自由基和甲鮮基氧離子
是一些高度活性的分子
它們可以在恆星形成區域的
強烈紫外輻射或者激波中形成
並且可以作爲
恆星形成活動的診斷工具
禽化氫
它們可以在恆星形成區域的
熱化學反應中形成
並且可以反映出
氮元素的丰度和分佈
水是一種含氧的分子
它可以在恆星形成區域的
塵埃顆粒表面或者氣象中形成
並且可以反映出
氧元素的丰度和分佈
查爾姆斯理工大學團隊
還探測到了五種
以前在早期宇宙中
沒有看到過的分子
環丙烯基二氮氧離子
乙缺基自由基
水合離子和甲基自由基
這些分子的發現
爲我們展示了早期宇宙中的
有機化學的複雜性和多樣性
也爲我們理解生命的起源和演化
提供了新的思路
所有這些分子
都常見於我們銀河系中的
星際氣體
每一種分子都提供了
關於它們所在的環境的線索
一個我們看到
形成了大量恆星的環境
這些恆星的質量分佈
也是一個重要的問題
因爲它決定了
恆星的演化速度和終極命運
以及它們對周圍環境的影響
這裏有個概念是恆星形成率
它是指一個星系
一般用太陽質量每年來表示
恆星形成率可以反映出
一個星系的演化階段和活動程度
也可以影響一個星系的觀測性質
一般來說
恆星形成率越高
星系的顏色就越偏向藍色
因爲藍色的恆星
通常是質量大
壽命短
亮度高的恆星
它們在恆星形成的過程中
優先形成
恆星形成率
也可以影響一個星系的化學風度
因爲恆星在它們的生命週期中
可以合成和釋放不同的元素
從而改變星系中的元素比例
而此次觀測的這些星系
是驚人的恆星工廠
也許是宇宙中有史以來最大的
它們估計這兩個星系的恆星形成率
分別爲每年3000和1500個太陽質量
而銀河系的恆星形成率
只有每年1到2個太陽質量
這意味着這些星系的
恆星形成效率非常高
它們可以在很短的時間內
消耗掉它們的氣體儲備
這也意味着這些星系的
恆星形成活動可能是間歇的
而不是持續的
因爲它們需要不斷地
從周圍的星系基界之中
吸收新的氣體來維持恆星形成
但並非所有的東西都是一樣的
一些分子
比如二氧化碳的發射強度
以及兩個星系
形成恆星的氣體中的極端條件
暗示了所謂的重僞初始質量函數
初始質量函數
或者IMF
描述了給定質量的恆星
能夠形成的數量
低質量的恆星
比高質量的恆星更常見
一個重僞的IMF
意味着在早期宇宙中
能夠形成更多的大質量恆星
比現在能夠形成的更多
這不僅可能解釋
爲什麼被詹姆斯維國
太空望遠鏡探測到的
早期宇宙中的星系
比預期的更明亮
它們包含了更多的大質量
更亮的恆星
而且也暗示了
更多的大質量恆星
會以超新星的形式爆炸
加速了這些星系中化學的發展
將重元素分散到空間中
早期宇宙中最引人注目的星系
終於能夠通過它們的分子
來講述它們的故事
法國索邦大學的合著者
皮阿爾·考克斯說
他指出
這些分子的觀測
不僅可以幫助我們理解
早期宇宙中恆星形成的物理過程
也可以爲我們揭示
宇宙中的化學演化和多樣性
提供新的視角
他說
這些分子的發現
爲我們展示了早期宇宙中的
有機化學的複雜性和多樣性
也爲我們理解生命的起源和演化
提供了新的思路
天文學家利用了
挪威瑪的高靈敏度和高分辨率
以及其他射電望遠鏡的數據
對這兩個星系進行了深入的研究
他們計劃在未來繼續利用
挪威瑪和詹姆斯微博太空望遠鏡
對更多的早期宇宙中的星系
進行分子觀測
以揭示宇宙中
恆星形成和化學的演化歷史

