韋伯空間望遠(yuǎn)鏡揭示宇宙的“混沌童年”

天文學(xué)家近日借助詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），首次深入觀測(cè)宇宙大爆炸僅幾億年后星系的形成過程，發(fā)現(xiàn)這些早期星系遠(yuǎn)較現(xiàn)今的星系雜亂無章。與規(guī)則的螺旋星系不同，早期宇宙中的星系充滿氣體，結(jié)構(gòu)極為混亂，頻繁受到恒星爆發(fā)和碰撞的劇烈擾動(dòng)。

這項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了宇宙早期發(fā)光階段與恒星形成高峰之間的空白，也揭示了星系如何從無序逐步演化為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

由劍橋大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)對(duì)250多個(gè)宇宙早期星系進(jìn)行觀察，這些星系存在于宇宙誕生后8億至15億年間。研究顯示，多數(shù)早期星系內(nèi)部氣體運(yùn)動(dòng)極為湍急，整體表現(xiàn)為物質(zhì)分布不均、結(jié)構(gòu)零散，與當(dāng)前常見的旋轉(zhuǎn)盤狀星系迥異。

相關(guān)成果發(fā)表于《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》，顯示星系隨著宇宙年齡增長逐步變得平穩(wěn)和有序。在宇宙早期，強(qiáng)烈的恒星形成和引力擾動(dòng)造成劇烈湍動(dòng)，阻礙星系形成規(guī)則結(jié)構(gòu)。論文第一作者、劍橋大學(xué)科維利宇宙學(xué)研究所Lola Danhaive表示：“這是我們首次能系統(tǒng)性地觀察早期星系群體，發(fā)現(xiàn)它們有著顯著差異。有些星系已開始展現(xiàn)有序旋轉(zhuǎn)，但更多仍處于混亂狀態(tài)，內(nèi)部氣體朝各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。”

團(tuán)隊(duì)最終通過韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的“光譜棱鏡模式”，捕捉到遙遠(yuǎn)星系電離氫氣體發(fā)出的微弱光線，并開發(fā)專門軟件結(jié)合望遠(yuǎn)鏡其他成像數(shù)據(jù)，繪制并分析每個(gè)星系內(nèi)氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡。論文合著者、劍橋大學(xué)Sandro Tacchella博士指出：“之前對(duì)寥寥幾例大質(zhì)量星系盤的早期形成有個(gè)別觀測(cè)，但與理論預(yù)測(cè)不符。我們的研究發(fā)現(xiàn)，大部分早期恒星質(zhì)量較低的星系都極為動(dòng)蕩、不穩(wěn)定，主要通過合并和恒星爆發(fā)成長?！?/p>

Danhaive補(bǔ)充：“本研究有助填補(bǔ)電離紀(jì)與‘宇宙正午’——即恒星形成高峰期之間的認(rèn)識(shí)鴻溝，揭示星系的基本構(gòu)成單位如何從混亂團(tuán)塊逐步過渡為有序結(jié)構(gòu)，最終孕育出銀河系等成熟星系?！?/p>

團(tuán)隊(duì)表示，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的強(qiáng)大觀測(cè)能力將進(jìn)一步推進(jìn)對(duì)宇宙早期星系動(dòng)力學(xué)的研究。未來還可結(jié)合冷氣體與塵埃等觀測(cè)，構(gòu)建星系演化更全面的“拼圖”。Tacchella最后表示：“這僅是開始，隨著數(shù)據(jù)積累，我們將能進(jìn)一步追蹤這些動(dòng)蕩系統(tǒng)如何成長并最終變?yōu)榻裉靸?yōu)雅的螺旋星系?！?/p>

該研究由英國皇家學(xué)會(huì)、歐盟和英國科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會(huì)（STFC）等資助，相關(guān)數(shù)據(jù)收錄于JWST高級(jí)深空星系巡天（JADES）項(xiàng)目。

編譯自/ScitechDaily