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早期宇宙研究有新发现

——古老宇宙中观测到一个最耀眼的星系

华 凌

2015年06月23日07:32    来源:科技日报    手机看新闻
原标题:早期宇宙研究有新发现

  “在孩童时,我就非常好奇人类来自何方,例如形成我们骨头中的钙、肌肉中的碳元素、血液中的铁等元素都是来自于哪里。”天文学家马特一谈起星空便痴迷不已。接着,他欣喜地说:“随着最新的研究发现,这些都源于宇宙最初的形成、第一代恒星的演化。令人惊叹的是,如今我们的研究团队的确首次观测到了这样的天体。”

  马特所在的研究团队由葡萄牙里斯本大学天体物理学空间研究所和荷兰天文台天文学家联合组成,他们通过在地球和空间领域中几个最强大的望远镜观测到了早期宇宙中一个最耀眼的星系,它的亮度是迄今观测到的最遥远且最亮星系的三倍,并且以强有力的证据表明,其内可能潜伏着第一代恒星。该研究结果刊登在最新一期的《天体物理学杂志》上。

  新发现的星系被命名为CR7。该研究发现广泛收集的观测数据,来自美国夏威夷州莫纳克亚山4145米顶峰凯克天文台的10米口径望远镜、欧洲南方天文台甚大望远镜8.2米口径的光学望远镜、昴星团望远镜和美国国家航天航空局/欧洲空间局(NASA/ESA)的哈勃太空望远镜。经研究确认,该团队观测到了早期宇宙中非常年轻的星系之光,着实令人惊讶。

  据物理学家组织网报道,这支团队的带头人、天体物理学空间研究所天文学家大卫·索布拉尔,与其同事一起并非锁定一片狭窄而深邃的星空地带,而是扩大视野对史上最遥远星系展开最广泛的观测,回溯古老宇宙在大爆炸之后大约8亿年再电离时的状况。

  长期以来,天文学家认为存在被称作是第一代恒星的星族III,它们形成于早期宇宙大爆炸的最原始物质,是不含金属的恒星,界于类星体和再游离的时期。

  然而,迄今它们未曾被直接观测到,但是经由宇宙中非常遥远的重力透镜星系可以找到间接证据,并推测出它们是非常巨大、高热和短命的,质量可能数百倍于太阳。

  它们也因以下事实被认为是暗弱蓝星系的成员:宇宙大爆炸不可能创造重元素,而观测到的类星体发射光谱,特别是暗弱蓝星系中重元素又确实存在。现在认为是这些恒星触发了宇宙再电离。

  氧、氮、碳和铁等化学元素对于生命而言必不可少,这些是经恒星的“肚子”锻造出的。由此意味着,第一批恒星形成必然有的一些元素,是在恒星存在之前的氢、氦和微量锂。

  索布拉尔说:“凯克天文台所起的极重要的作用是采用光谱方法能够确认遥远光源中最亮的发光源,令人印象深刻的是,即便该星系距离我们有130亿光年左右,凯克天文台配备的DEIMOS光谱分析红移值达到了7,在15分钟内就确认出CR7是早期宇宙中最明亮的星系。”

  研究人员通过欧洲南方天文台甚大望远镜的X-shooter和SINFONI仪器观测到CR7星系内强电离氦的排放,但是至关重要且尤为令人惊讶的是其内没有任何更重元素的信号,这意味着该研究团队找到了第一手有力的证据,即在早期宇宙的一个明亮星系里存有电离气体的星族III集群。

  在CR7内,更蓝且有些红的星团被发现,表明星族III是以波浪的形式形成。研究团队直接观察到的是星族III最后一波,这也表明这些恒星应该比以前认为的更容易发现:它们“栖息”在更为明亮星系的普通恒星之中,而不是存在于最早、最小和暗淡的星系里,微弱到难以研究。

  随后,NASA的哈勃太空望远镜、欧洲南方天文台甚大望远镜阵等先进的观测平台,将进一步帮助科学家跟踪和确认观测到的星族III,并找到更多有力的证据。

(责编:胡雪蓉、赵竹青)


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